Гипотезы происхождения луны доклад

Школьная Энциклопедия

Nav view search

Навигация

Искать

Происхождение Луны

Подробности Категория: Луна — естественный спутник Земли Опубликовано 28.09.2012 13:21 Просмотров: 10679

Самая главная загадка Луны заключается в ее происхождении. Мы до сих пор не знаем, откуда взялась Луна. Но гипотез происхождения Луны предостаточно. Давайте рассмотрим их.

О Луне

У Земли есть только один спутник – Луна. Он движется вокруг Земли по орбите на среднем расстоянии от нее в 376 284 км.

Сила тяготения Земли постепенно замедляет вращение Луны вокруг своей оси, так что теперь Луна обходит весь свой путь вокруг Земли точно за такое же время, какое занимает один ее оборот вокруг своей оси. Такое синхронное вращение означает, что мы, глядя на Луну с Земли, всегда видим только одну ее сторону. Обратную сторону Луны удалось увидеть только космонавтам и космическим кораблям.

Поскольку Луна движется вокруг Земли, Солнце освещает различные доли ее поверхности.

Посмотрите на картинку. Вы видите на ней, как выглядит Луна из одной и той же точки Земли, находясь в разных точках своей орбиты: лунный серп, половина лунного диска (первая четверть), прибывающая Луна, полнолуние, убывающая Луна, половина лунного диска (последняя четверть), лунный серп.

Луна имеет очень большой размер относительно Земли. Диаметр Луны на экваторе (в средней части) равен 3475 км, это чуть меньше четверти диаметра Земли. Поэтому некоторые астрономы даже считают, что систему Земля-Луна надо рассматривать как двойную планету.

Но вернемся все-таки к вопросу о происхождении Луны.

Гипотезы о происхождении Луны

Гипотеза первая

На ранних стадиях существования Земли у нее была система колец вроде той, что имеется у Сатурна. Возможно, Луна образовалась из них?

Гипотеза вторая (центробежного разделения)

Когда Земля была еще совсем юной и состояла из расплавленных пород, она вращалась так быстро, что из-за этого растянулась, приобрела форму груши, а затем верхняя часть этой «груши» оторвалась и превратилась в Луну. Эту гипотезу в шутку называют «дочерней».

Гипотеза третья (столкновения)

Когда Земля была молодой, она подверглась удару какого-то небесного тела, размер которого составлял половину размера самой Земли. В результате этого столкновения огромное количество вещества было выброшено в космическое пространство, а впоследствии из него сформировалась Луна.

Гипотеза четвертая (захвата)

Земля и Луна образовались независимо, в разных частях Солнечной системы. Когда Луна проходила близко к земной орбите, она была захвачена гравитационным полем Земли и стала её спутником. Эту гипотезу в шутку называют «супружеской».

Гипотеза пятая (совместного образования)

Земля и Луна образовались одновременно, в непосредственной близости друг от друга (в шутку — «сестринская» гипотеза).

Гипотеза шестая (многих лун)

Несколько маленьких лун были захвачены гравитацией Земли, затем они столкнулись друг с другом, разрушились, и из их обломков образовалась нынешняя Луна.

Гипотеза седьмая (испарения)

Из расплавленной протоземли были выпарены в пространство значительные массы вещества, которое затем остыло, сконденсировалось на орбите и образовало протолуну.

Каждая из этих гипотез имеет свои «за» и свои «против». В настоящее время основной и более приемлемой считается гипотеза столкновения. Рассмотрим ее подробнее.

Гипотеза столкновения

Эта гипотеза была предложена Уильямом Хартманом и Дональдом Дэвисом в 1975 году. По их предположению, протопланета (её назвали Тейя) размером примерно с Марс столкнулась с прото-Землей на ранней стадии её формирования, когда Земля имела примерно 90 % нынешней массы. Удар пришёлся не по центру, а под углом, почти по касательной. В результате большая часть вещества ударившегося объекта и часть вещества земной мантии были выброшены на околоземную орбиту. Из этих обломков собралась прото-Луна и начала обращаться по орбите с радиусом около 60 000 км. Земля в результате удара получила резкий прирост скорости вращения (один оборот за 5 часов) и заметный наклон оси вращения.

Почему именно эта гипотеза о происхождении Луны считается основной? Она хорошо объясняет все известные факты о химическом составе и строении Луны, а также и физические параметры системы Луна-Земля. Первоначально большие сомнения вызывала возможность столь удачного соударения (косой удар, невысокая относительная скорость) такого крупного тела с Землей. Но затем было предположено, что Тейя сформировалась на орбите Земли. Такой сценарий хорошо объясняет и низкую скорость столкновения, и угол удара, и нынешнюю, почти точно круговую орбиту Земли.

Но и у этой гипотезы есть свои уязвимые места, как, впрочем, у каждой гипотезы (ведь ГИПОТЕЗА в переводе с древнегреческого обозначает «предположение»).

Так вот, уязвимость этой гипотезы состоит в следующем: у Луны очень маленькое железо-никелевое ядро — оно составляет всего 2-3 % от общей массы спутника. А металлическое ядро Земли составляет около 30 % массы планеты. Для объяснения дефицита железа на Луне приходится принимать допущение, что ко времени столкновения (4,5 млрд. лет назад) и на Земле, и на Тейе уже выделилось тяжёлое железное ядро и образовалась лёгкая силикатная мантия. Но однозначных геологических подтверждений этому допущению не найдено.

И второе: если бы Луна так или иначе оказалась на орбите Земли в столь далёкое время и после этого не претерпевала существенных потрясений, то на её поверхности, по расчётам, успел бы скопиться многометровый слой оседающей из космоса пыли, что не было подтверждено при посадках космических аппаратов на лунную поверхность.

До 60-х годов XX века главными гипотезами происхождения Луны были три: центробежного отделения, захвата и совместного образования. Одной из главных целей американских лунных экспедиций 1960—1970 годов было найти доказательства одной из этих гипотез. Первые же полученные данные обнаружили серьёзные противоречия со всеми тремя гипотезами. Но во время полётов «Аполлонов» ещё не существовало гипотезы гигантского столкновения . Именно она и является сейчас господствующей.

Источник

Как образовалась Луна

Научные исследования раскрыли немало фактов о ближайшем к нам космическом объекте, но на вопрос, как появилась Луна и откуда взялась около Земли, ученые не дают точного ответа. В истории исследования Луны были различные гипотезы о ее возникновении.

Гипотезы о происхождении Луны

Первые упоминания встречаются в наскальных рисунках пещерных людей, живших 35-40 тыс. лет назад. Изучение Луны с научной точки зрения впервые началось в Древней Греции. Аристарх Самосский, древнегреческий астроном (320-250 г. до н.э.), верно предположил, что от Земли до ночного светила расстояние составляет 60 радиусов планеты (среднее величина равна 384 467 км, т.е. 30 земных диаметров).

Ученый Галилео Галилей, наблюдая за Луной, в 1609 г. заметил на поверхности объекта пятна и предположил, что темные области — это морские пространства, а светлые — материки, покрытые возвышенностями, кратерами.

Образование из единого газопылевого облака

В 1755 г. И. Кант в работе о теории неба выдвинул версию, что Солнечная система и ближайшие звезды образовались из туманности после взрыва сверхновой звезды, бывшей тяжелее Солнца в 30 раз. Произошедший 4,5 млрд лет назад взрыв породил газопылевое облако, из частиц которого образовалась Земля и спутник.

Эта гипотеза называется сестринской и предполагает, что вначале сформировалась Протоземля, а когда рост ее массы приостановился, из газопылевых частиц стал создаваться околопланетный рой — основа будущего спутника.

Верность этой теории подтверждает сходство химического состава планеты и спутника. В качестве опровержения приводится необъяснимость разницы плотности двух комических объектов и низкого содержания химических элементов в составе лунного вещества — 16,2% Са, 22,5% Fe, 22,6% Si, 38,7% О.

Ученые считают невозможным образование на орбите Земли большого космического объекта из-за земной гравитации. Хотя та же гравитация способна притянуть такой объект из глубин космоса.

Теория захвата

Вариант о захвате Землей спутника предложил в 1909 г. американский астроном Томас Си. По версии ученого, Луна была планетой Солнечной системы.

По необъяснимым причинам она сместилась на эллиптическую орбиту, скрестившуюся с орбитой Земли, и была притянута земным гравиполем.

По причине твердости лунной поверхности считается, что это произошло недавно. Если бы спутник сформировался в одно с Землей время, в скопившемся на нем пылевом слое утонули бы исследовательские аппараты.

Эта гипотеза имеет и слабые стороны:

1. Захваченные в подобных условиях спутники Юпитера вращаются в противоположном с планетой направлении, Луна — в одном направлении с Землей.
2. Результаты компьютерной имитации показывают, что захват земным гравитационным полем пролетающего рядом космического объекта, схожего по массе с Луной, маловероятен. Более правдоподобной выглядит версия столкновения такого объекта с планетой или его выталкивание далеко за границы орбиты.
3. Полное сходство соотношения кислородных изотопов состава двух космических объектов.

Гипотеза центробежного разделения

В 1878 г. английский астроном Джордж Дарвин, сын Чарлза Дарвина, предложил теорию: ночное светило, бывшее частью Земли, впоследствии отделилось. По его версии Земля в начале существования представляла горячую жидкую массу, вращающуюся с большой скоростью.

При вращении центробежная сила так вытягивала массу в зоне экватора, что от нее оторвалась часть вещества, которая после остывания стала Протолуной. Указывалось и место такого отрыва — Тихоокеанский бассейн.

Подтверждением этой версии является идентичность плотности Луны и геосферы Земли и установленная в процессе исследований высокая скорость вращения планеты в прошлом.

Но есть и опровержения:

1. По расчетам нужная для отрыва скорость вращения Земли должна составлять 1-2 часа. Появление и снижение такой скорости объяснить невозможно.
2. Исследования тектоники земной литосферы доказывают, что бассейн Тихого океана, где и случился отрыв части будущей Луны, существует 70 млн лет и не мог образоваться в результате центробежного отделения.

Гипотеза столкновения, или модель мегаимпакта

Еще одна гипотеза появления Луны — теория американских планетологов Д. Дэвиса и У. Хартманна, опубликованная в 1975 г. По их версии, в самом начале существования Земли произошло ее столкновение с планетоидом размером с Марс.

Этот гипотетический объект назван Тейей. Удар произошел по касательной, но из-за столкновения части вещества Тейи и земной геосферы оказались выброшены на околоземную орбиту.

Инородное тело

Мнения ученых относительно развития событий разделились. По одному варианту, Протолуна после такого столкновения сформировалась из большего количества вещества Тейи, чем Земли. В качестве доказательства приводится небольшое содержание железа в составе лунного грунта — 22,5%.

Но после получения образцов пород нашего спутника и их подробных анализов выяснилось, что по содержанию тяжелых изотопов кислорода, титана и вольфрама состав лунного и земного материалов идентичен, чего не могло произойти при образовании Луны из обломков Тейи.

Фрагмент Земли

Версия, что при ударе преобладающая часть исторгнутого вещества содержала элементы земной мантии, опирается на сходство состава земной и лунной пород, но не объясняет низкий процент железа в веществе Луны и различие плотностей материалов.

Два в одном

Третий вариант теории мегаимпакта объединяет две предыдущих версии, уточняя, что основой Протолуны послужило единое вещество, образовавшееся из частей двух столкнувшихся объектов.

В октябре 2016 г. было опубликовано исследование, одним из авторов которого выступал Кун Ван, доцент Вашингтонского университета. Ученый считал, что в случае гипотезы испарения часть лунных пород состояла бы из вещества планетоида, ударившего Землю.

Однако по результатам исследования изотопного состава образцов стало ясно, что породы Луны подвергались таким температурам, возникновение которых возможно в случае сильного удара. При этом планета-пришелец и часть нашей планеты испарились бы, а образованный при этом пар занял бы территорию, превышающую площадь Земли.

Гипотеза испарения

Еще одной теорией естественного происхождения Луны является гипотеза, выдвинутая в 1955 г. эстонским астрономом Эрнстом Эпиком: сформировавшаяся Протоземля была окружена роем постоянно атакующих ее каменных частиц, из-за чего произошел нагрев до температуры примерно 2000ºC.

Большой объем вещества испарился назад в околоземное пространство. Летучие элементы сдул солнечный ветер, тяжелые соединились с частицами пыли и льда, вращающихся вокруг Земли, и образовали единый монолит — будущую Луну.

Эта гипотеза проясняет небольшое содержание железа в веществе спутника: к моменту нагревания планеты тяжелые породы уже попали в ядро Земли и содержание железа на поверхности снизилось. Однако геологические исследования Земли не подтвердили существования температур в 2000°С на стадии ее образования.

Искусственный спутник

Кроме теорий о естественном происхождении сателлита выдвигались гипотезы о его искусственном появлении.

Пустотелая Луна

Плотность спутника составляет 60% плотности Земли. На основании этого факта было выдвинуто предположение, что Луна может быть полой. В 1969 г. американские ученые провели эксперимент: было организовано падение зонда на поверхность Луны, и установленные сейсмодатчики зафиксировали сильное лунотрясение. При повторении такого эксперимента в следующих исследованиях спутник трясло в течение нескольких часов.

Кроме результатов этого исследования ученые заметили необъяснимое усиление гравитации спутника, что дало основания считать его пустотелым и сформированным в обратном направлении — от поверхности к центру.

Странные показатели

Ученые придерживаются версии искусственного создания Луны по причине различия масс Земли и ее спутника: Луна легче в 81 раз. Такие показатели нехарактерны для спутников других объектов Солнечной системы. У них и диаметр намного меньше лунного: крупнейший спутник Марса — Фобос — имеет диаметр не более 20 км, а наша Луна — 3474,2 км. Кроме этого, различаются и орбиты: Луна имеет почти ровную круговую орбиту, у спутников других планет Солнечной системы она эллиптическая.

Источник