Происхождение Луны долгое время оставалось загадкой. Разные ученые выдвигали самые необычные гипотезы. С течением времени из всего многообразия предложенных вариантов осталось всего несколько. Основной вариант — это гипотеза о том, что Луна образовалась в результате столкновения древней Земли с неким гигантским объектом, равным по размеру Марсу.
При этом существует два основных сценария «ударного» образования Луны. В первом случае предполагается, что спутник нашей планеты сформирован из фрагментов древней Земли и объекта, столкнувшегося с ней. Сторонники второго варианта утверждают, что мантия протоземли просто испарилась в результате столкновения. Частицы мантии попали в окружающее нашу планету пространство. Из этого материала и начал формироваться спутник в процессе конденсации испарившегося вещества.
Для того, чтобы получить доказательства в пользу того либо иного сценария, ученым необходимо было сравнить количество изотопов калия в коре Луны и Земли. Такой анализ должен был быть очень точным. Только в прошлом году ученые из Вашингтонского университета и Гарварда смогли разработать надежную методику, позволяющую сравнить изотопы калия. Точность такого метода в 10 превышала возможности любого из существующих методов анализа.
Воспользовавшись своей методикой, ученые получили доказательства справедливости второго варианта образования Луны. По мнению специалистов, столкновение Земли с другим объектом было чрезвычайно мощным. Фактически, мантия древней Земли просто испарилась во время удара.
Теория ударного образования Луны
«Ударная» теория образования Луны была предложена двумя группами астрофизиков в 70-х годах прошлого века. Ученые предположили, что Луна образовалась в ходе столкновения Земли с объектом, размер которого был примерно равен размеру Марса. После этого объект разрушился. От Земли тоже откололись большие фрагменты. Из этого материала спустя миллионы лет и образовался наш естественный спутник. Гипотезу благосклонно приняли, и с тех пор именно она считалась основной.
В 2001 году еще одна группа ученых, проведя изотопный анализ образцов земных и лунных пород выяснила, что в образцах содержится равное количество трех стабильных изотопов кислорода.
Но это было странно, поскольку, если Луна образовалась преимущественно из осколков чужого объекта, врезавшегося в Землю, то изотопов кислорода в земных и лунных породах должно быть разное количество. Вероятность того, что количество изотопов кислорода у Земли и древнего «гостя» может быть равной, исчезающе мала. Это гораздо менее вероятно, чем одинаковые отпечатки пальцев у двух разных человек.
Проблема даже получила собственное название — «изотопный кризис». Спустя некоторое время специалисты решили провести повторный анализ, используя более точную методику определения количества изотопов кислорода в породах Земли и Луны. Результат оказался прежним. «Это наиболее точные измерения, которые мы можем провести, и они показали идентичность [количества изотопов в породах Земли и Луны — прим. ред.], — заявили ученые, которые провели анализ.
«Изотопный кризис» стал еще более сложной проблемой, чем ранее. Вариант ошибки при проведении анализов исключался — измерения были проверены не единожды.
После этого ученые пришли к выводу, что нужно менять какие-то элементы гипотезы ударного происхождения Луны, чтобы обновленная гипотеза объясняла весь наличный фактологический материал. Появилось несколько новых гипотез. Одна из них предполагала полное испарение «гостя» и почти всей магмы древней Земли. Продукты испарения попали в окружающее пространство, и стали частью формирующегося спутника Земли. Испарившаяся мантия и материал «гостя» смешались при ударе, образовав сверхкритический флюид, который еще называют, сверхкритическая жидкость. Это состояние вещества, при котором исчезает различие между жидкой и газовой фазой. Любое вещество, находящееся при температуре и давлении выше критической точки, является сверхкритической жидкостью.
Облако раскаленных силикатов сначала в 500 раз превышало размер современной Луны, после чего началась конденсация. Только родившаяся Луна была расплавленным шаром, который постепенно остыл.
Видео, которое объясняет появление Луны с точки зрения столкновения с крупным объектом. Это визуализация гипотезы ударного образования нашего спутника с малой энергией столкновения без испарения мантии:
Калий — основной аргумент
Группа американских геохимиков решила проверить справедливость гипотезы, сравнив содержание изотопов калия в лунных и земных образцах пород. Как оказалось, в лунных породах больше тяжелого изотопа калия (калий-41), чем в земных. По мнению специалистов, такая ситуация возможна, если Луна формировалась при давлении, которое в десять раз превышало атмосферное давление на Земле (современной Земле). А это, как утверждают американцы, является косвенным доказательством правоты сторонников второго варианта образования нашего спутника. Есть и другое косвенное подтверждение, здесь тоже проверялись изотопы, но не калия, а цинка.
Как видим, камни тоже могут говорить. Нужно только уметь наладить с ними «диалог» и правильно оценить ответы.
Другие гипотезы:
Кроме гипотезы «большого удара» есть и другие:
- Гипотеза центробежного разделения: авторы этой гипотезы утверждают, что протоземля вращалась очень быстро, настолько быстро, что под воздействием центробежных сил от нее отделилась часть, из которой образовалась Луна;
- Гипотеза захвата: здесь предполагается, что Земля и Луна были сформированы в разных регионах Солнечной системы. Но Луна, проходя мимо Земли, была захвачена гравитационным полем последней;
- Гипотеза совместного образования: Луна и Земля были образованы одновременно, рядом друг с другом;
- Гипотеза испарения: об этой гипотезе говорилось выше, похоже, сейчас она стала основной;
- Гипотеза многих лун: на орбите Земли находилось несколько объектов небольшого размера, из которых сформировалась современная Луна.
Комментарии (46)
maaGames
13.09.2016 14:58+3А как же версия о том, что Луну к Земле притаранили инопланетяне? Причём, специально установили её на таком расстоянии, чтобы видимый диск Луны совпадал с видимым диском Солнца. Благодаря этому человеки смогли сделать множество открытий. Заботливые инопланетяне ^^
DistortNeo
13.09.2016 15:10Есть проблема: Луна отдаляется от Земли.
UDiy34r3u74tsg34
13.09.2016 17:20+2Значит они на ней улетают с награбленным.
General_Failure
13.09.2016 17:42Почему же они тогда отпустили американцев, которые туда летали?
UDiy34r3u74tsg34
13.09.2016 17:45Да сколько они унесли то? Пол тонны за все аполлоны? Копейки. Я бы тоже не стал париться.
General_Failure
13.09.2016 17:48+1Так свидетели же, их обычно не отпускают
А-а, понял — они использовали стиратель памяти с красным светодиодом
black_semargl
14.09.2016 09:41+1Новый сценарий для криптоистериков — «американцы были на Луне, но не смогли с неё улететь»
RoustR
14.09.2016 11:46> Заботливые инопланетяне
Только они зачем-то разместили плоскость орбиты Луне в плоскости орбиты Земли. А то мы бы могли наблюдать затмения каждый месяц.
PavelGatilov
15.09.2016 12:35+1А это для того чтоб не расслаблялись. Вопросы там разные задавали. А то, если затмения каждый месяц — это бы не вызывало такого бурного мозгового штурма у наблюдавших.
black_semargl
13.09.2016 15:10Теория центробежного разделения вполне вероятна — если посчитать какой момент был передан Луне в процессе удаления от Земли, вполне можно получить вращение Земли с орбитальной скоростью на экваторе.
А вот такое вращение вполне могло быть следствием удара.
qwerty135
13.09.2016 15:40На самом деле, какую бы гипотезу не приняли учёные, или теорию, или нечто, доказанное опытным путём, все равно Луну создал Бог, чтобы человечество, которое планировалось создать чуть позднее, могло писать ночные баллады )))
ra3vdx
14.09.2016 23:57В источнике намного забавнее. Солнце, Луна и другие небесные сувениры были созданы для знамений.
lizarge
13.09.2016 16:14А чем Луна простите отличается от других спутников планет в солнечной системе?
0serg
13.09.2016 16:22+3Размерами (очень крупные по отношению к массе Земли), большим орбитальным моментом и необычным химическим составом.
Rikkitik
13.09.2016 16:30+1Остальные системы спутников выглядят как «мимо массивного тела пытался пролететь протопланетный мусор, но остался погостить», а у нас возможны варианты.
0serg
13.09.2016 16:52Не везде. Некоторые спутники просто из протопланетного диска сконденсировались подобно тому как планеты образовались вокруг Солнца
black_semargl
14.09.2016 09:52У Юпитера, Сатурна и Урана спутники сформировались из локальных мини-дисков. Потому как для них тоже выполняется локальное правило Тициуса — Боде
(у Нептуна только один крупный, поэтому ничего сказать нельзя)
Sun-ami
13.09.2016 19:38+1Совпадение изотопного состава земных и лунных пород может быть следствием столкновения прото-Земли с планетой, сформировавшейся на той же орбите, в точке Лагранжа L4 или L5. В этом случае прото-Земля и прото-Луна сформировались из планетозималей из одной и той же области околосолнечного протопланетного диска, и естественно имели одинаковый состав мантии и ядра. При этом большая часть тяжелого железного ядра прото-Луны погрузилась в Землю и слилась с ядром прото-Земли, а мантия разлетелась по околоземной орбите. В ролике это показано не реалистично — скорость разлёта осколков намного выше относительной скорости планет до удара, а должно быть наоборот. Возможно изначально планет на орбите Земли было 3 — в обеих точках Лагранжа, но первое столкновение было лобовым, и потому не породило спутник. Из статьи не ясно, каким образом повышенное содержание калия-41 является аргументом в пользу гипотезы испарения мантии.
alex1603
13.09.2016 20:04А если посчитать скорость остывания луны? У луны нет газовой оболочки и она должна была терять тепло только за счет излучения. Скорость потери тепла можно посчитать и сравнить совпадет ли это с гипотезами ученых, а так же рассчитать примерный возраст, он должен совпасть с теорией что Луна была расплавленным шаром, который постепенно остыл.
.black_semargl
14.09.2016 09:55+1Неизвестно внутреннее тепловыделение за счёт распада радиоактивных элементов.
Потому как для него надо знать изотопный состав глубинных слоёв.
serg65535
13.09.2016 22:45Есть версия, что этому столкновению мы обязаны жизнью на Земле, так как оно во-первых, вызвало наклонение земной оси, а значит, и последующую смену времён года, без которой эволюция бы не пошла так, как она пошла. А во-вторых, наличие спутника столь большой массы и так близко от Земли вызвало мощнейшие аналоги приливов и отливов в молодой земной коре, что запустило процесс гравитационной дифференцировки (опускание тяжелого и всплытие легкого). Опять же, есть версия, что без Луны не было бы движения литосферных плит, что опять же внесло огромный вклад в развитие жизни. Кроме того, не знаю, опровергнута ли сейчас теория, по которой ещё и значительная часть воды на Земле получилась из водорода силикатных пород, которые начали подниматься как раз благодаря гравитационной дифференцировке.
donvictorio
13.09.2016 22:45А если спросить у IBM Watson? Пусть смоделирует FEA и динамику столкновения.
QtRoS
13.09.2016 23:46Вот этот вариант кажется маловероятным:
>>… была захвачена гравитационным полем последней;
Разве тогда была бы такая ровная и правильная траектория?coturnix19
14.09.2016 08:45+1Это сама луна круглая, красивая и правильная, а орбита ее не очень: наклон к эклиптике 5 градусов, к земному экватору — соответственно от 18 до 28 в зависимости от прецессии луной орбиты, к тому же она еще и заметно эллиптическая.
ЗЫ: на самом деле я не знаю релевантный ли это аргумент в пользу теории захвата или нет, просто указал на тот факт что орбита далеко не такая красивая как кажется.
siryoshka
14.09.2016 11:42Нигде не нашел опровержение теории, что Меркурий(по сути железно-никелевое ядро) потерявший всю остальную литосферу не мог быть той планетой, что столкнулось с Протоземлёй.
Иначе как обьяснить ту скорость вращения вокруг Солнца захваченного его тяготением?
Avenger911
14.09.2016 11:45+1А кто может ответить на такой вопрос: вот когда при столкновении вылетают осколки, их траектории должны быть либо гиперболами (и тогда осколок улетит в космос), либо эллипсами (которые пересекаются с поверхностью, и тогда осколок упадёт обратно). Как же тогда они вышли на орбиту, за счёт чего у них перигей поднялся?
Sun-ami
14.09.2016 19:51+1Например, из-за столкновения в полёте осколков, выбитых под разными углами — их скорости выравниваются. Также нужно учитывать, что удар планеты по касательной — это не удар метеорита: планета-импактор — это большое примерно шарообразное тело, и при ударе некоторые её части не соприкасаются с веществом большой планеты непосредственно, а взаимодействуют посредством ударных волн в её теле. Грубо говоря часть вещества планеты-импактора, пролетая над поверхностью большой планеты, тормозится ударной волной, при этом его скорость уменьшается до орбитальной, а эллипс орбиты не пересекается с поверхностью, поскольку изначальная траектория движения этой части вещества не пересекалась с большой планетой.
0serg
15.09.2016 08:44Не сработает. Любое тело которое покидает планету находясь на высоте H при движении по замкнутой траектории при отсутствии других сил кроме тяготения планеты на втором витке снова пройдет на высоте H. Обязательно должны быть какие-то (и довольно значительные в системе координат движущейся с планетой) силы которые поспособствуют выравниванию орбиты уже после столкновения
Sun-ami
15.09.2016 00:42При ударе по касательной «пролетающая» часть планеты-импактора также тормозится гравитацией «остановившейся» части и поднятого ударом вала в момент их разделения, что также может способствовать выходу её на орбиту близкую к круговой, в виде осколков.
0serg
15.09.2016 08:47Столкновение может перевести импактор с пролетной на эллиптическую орбиту, но перигей у этой орбиты будет находиться слишком низко. Для перехода же с высокоэллиптической на высокую круговую нужно где-то получить импульс в апогее.
Sun-ami
15.09.2016 18:49Дело в том, что после столкновения «пролетающая» часть импактора распадётся на множество осколков, которые будут иметь разные траектории и разные периоды обращения. При этом они, в отличие от выбитых осколков, могут в основном выйти на эллиптические орбиты с низким перицентром, и находиться на них довольно долго. При этом они будут сталкиваться друг с другом, выравнивая скорости и формируя сферу с наибольшей плотностью в плоскости удара. Под действием собственной гравитации и в результате столкновений сфера превратится в кольцо в плоскости удара. Поскольку часть осколков, оставаясь дольше других связанными гравитацией, изначально получат близкие орбиты — они сформируют зародыш спутника, и если кольцо большей частью будет за пределом Роша — из него сформируется спутник.
zuborg
Не хватает голосовалки )
Я за вариант совместного образования Земли и многих спутников из протодиска с последующим объединением лун в одну большую Луну.
Nihonjin
Подобная гипотеза кажется очень маловероятной, поскольку, по идее, если они бы образовались вместе, то должны были бы слится в один объект из-за малой относительной скорости.
zuborg
Земля и другие планеты с Солнцем почему-то же не слились ведь.
До Луны расстояние, кстати, почти 1.3 световых секунды, т.е. очень даже не маленькое.
Nihonjin
Дело в расстояниях. Раньше луна была намного ближе к Земле. Предполагается, что изначально радиус орбиты луны был порядка 60 000 км.