Как появилась Луна
Почти каждую ночь мы можем видеть на небе наш естественный спутник – Луну. Но часто ли Вы задумывались, откуда она взялась? Она освещает Землю уже миллиарды лет, а когда-то была гораздо ближе. А были ли времена, когда её не было совсем? Вопрос, как появилась Луна, очень интересен.
На самом деле однозначного ответа по этому поводу у учёных пока нет. Но есть несколько версий, наверняка одна из них окажется в итоге верной. Поэтому рассмотрим самые вероятные.
Все гипотезы сводятся к одной из трёх ситуаций:
- Земля и Луна образовались из одного протопланетного облака по отдельности.
- Земля захватила Луну, которая пролетала поблизости, но на самом деле образовалась где-то в другом месте.
- Земля столкнулась с огромным телом, возможно, другой планетой. Из выброшенного при столкновении земного вещества и обломков образовался наш спутник.
Все эти версии развития событий очень разные. Посмотрим, какая из них более близка к правде. Для этого сравним Землю и Луну в плане состава. Так можно определить, насколько правдив последний вариант.
Сходства и отличия Земли и Луны
С тех пор, как Галилео Галилей впервые увидел на Луне горы, стало ясно, что некоторое сходство с Землёй у нашего спутника есть. Тем более, там наблюдались даже «моря», которые, правда, оказались просто твёрдой пустыней. Однако у Луны с Землёй на самом деле общего довольно мало – это сходный уровень содержания в коре и мантии изотопов кислорода. Это говорит о том, что Луна и Земля образовались из одного протопланетного облака, на одном расстоянии от Солнца. Тела, образованные в других местах, сильно отличаются по этому показателю. Так что набор химических элементов в их составе более-менее похож.
Но отличий гораздо больше, как в составе, так и в строении:
- У Луны средняя плотность почти вдвое меньше земной. В основном из-за того, что Земля имеет большое металлическое ядро, которое занимает 30% веса планеты. У Луны маленькое железо — никелевое ядро, весящее менее 3% от всей массы. Кстати, плотность Луны близка к плотности земной мантии.
- На Луне гораздо меньше водорода, азота, фтора, инертных газов. Это летучие вещества, которые могли просто улетучиться в космос за миллиарды лет. А вот содержание титана, тория, урана, некоторых других тяжелых элементов, в лунной породе больше, чем в земной.
- У Луны очень толстая кора, толщиной до 80 км, то есть больше земной в несколько раз. При этом состоит она из застывшей мантии. Поэтому считается, что когда-то Луна была полностью расплавлена.
- Плоскость лунной орбиты не совпадает с земным экватором, а наклонена. Крупные спутники других планет обычно вращаются в плоскости их экваторов.
Из этого можно сделать самые разные выводы. Поэтому рассмотрим гипотезы о том, как появилась Луна, существующие сейчас.
Луна оторвалась от Земли при её быстром вращении
Это еще называется «гипотезой центробежного отделения». Суть её в том, что молодая Земля вращалась очень быстро и из-за этого сильно сплющилась. В итоге под действием центробежных сил в области экватора оторвался кусок вещества, из которого затем сформировалась Луна.
Эту версию первым выдвинул в 1878 году сын знаменитого Чарльза Дарвина – Джордж Дарвин. Она вполне считалась главной еще в начале XX века. Ученые даже посчитали, что вырванный кусок находится там, где сейчас Тихий океан, по объёму он как раз подходит.
На самом деле, чтобы такое произошло, Земля должна была вращаться очень быстро, делая полный оборот вокруг оси меньше, чем за 2 часа. Но она к настоящему времени никак не смогла бы замедлиться до нынешних 24 часов. Против этой теории говорит и геология – бассейн Тихого океана образовался всего 70 миллионов лет назад, а возраст нашего спутника — более 4 миллиардов лет. Его химический состав тоже отличается от земного.
Поэтому такая теория происхождения нашего естественного спутника ныне полностью забракована, хотя в своё время была довольно популярной.
Луна была захвачена Землёй
Это «гипотеза захвата», которая появилась в 1909 году. В её пользу говорят легенды некоторых народов. В них говорится, что были времена, когда Луны не было. Но это весьма шаткая опора, на которой, конечно, нельзя строить научную гипотезу. Других фактов, подтверждающих её, пока не найдено.
Зато против этой версии есть некоторые факты:
- Луна – довольно крупное и массивное тело. Для захвата Землей она должна была пролетать очень близко, ближе предела Роша. Но в таком случае она была бы просто искорежена мощными приливными силами и разрушена. Если бы она пролетала дальше, то или отклонилась бы и столкнулась с Землей, или планета её бы отбросила, как при гравитационном манёвре.
- Все захваченные спутники других планет движутся по ретроградной орбите – против вращения планеты. У Луны проградная орбита, она вращается в одном направлении с Землёй, как будто всегда там была.
- Если бы Луна образовалась дальше Марса, в зоне газовых гигантов, то в её составе было бы много летучих элементов – водорода, фтора, инертных газов. А их-то как раз почти нет. Но есть небольшое ядро, как у спутников планет – гигантов.
- У Луны и Земли слишком схожее содержание изотопов кислорода. При захвате Луны извне такое совпадение просто нереально.
- При Захвате у Луны была бы сильно вытянутая орбита. Но на практике она не сильно отличается от круговой.
Так что гипотеза захвата тоже выглядит маловероятной. Такую операцию мог бы провернуть, например, Юпитер, или даже Нептун. Но Земля ненамного превосходит Луну по массе, чтобы издалека затормозить её и перевести на свою орбиту. А близкий контакт закончился бы катастрофой. По крайней мере, моделирование захвата Луны не подтверждает гипотезу.
Луна и Земля образовались вместе
Это «гипотеза совместного формирования». Речь идёт о том, что Земля и Луна образовались вместе, из одного протопланетного облака. Ближе к центру туманность сжалась и получилась Земля, а на окраине из остального вещества получилась Луна.
Как ни странно, это очень старая гипотеза. Её предложил Иммануил Кант еще в 1755 году. Она прекрасно подтверждает совпадение содержания кислорода в образцах породы.
Но эта гипотеза тоже имеет много минусов. Так, непонятно различие в остальном химическом составе. Ведь, если Земля и Луна образовались из одного облака, их химический состав должен быть совершенно одинаковым. К тому же, у планеты огромное железное ядро, а спутнику досталось очень мало железа. К тому же, средняя плотность слишком разная. Наклон лунной орбиты тоже нельзя объяснить.
Так что эта теория, несмотря на кажущуюся правдоподобность, тоже имеет необъяснимые места.
Луна появилась после Земли
Это «гипотеза испарения», предложенная в 1955 году. Суть её в том, что первой образовалась Земля. Вокруг неё всё еще была масса материала из протопланетного облака, из которого камни разного размера постоянно бомбардировали Землю. Из-за этого планета разогрелась до 2000 градусов, а множество элементов из её верхних слоёв просто испарилось назад в космос, где и приняли участие в формировании Луны из остатков протопланетного облака.
Однако к моменту разогрева ядро Земли уже успело сформироваться – массивные железные породы опустились к центру. Поэтому Луне железа досталось мало.
Эта гипотеза хорошо объясняет химическое строение Луны и её отличие от Земли в этом плане. Но против неё геологические данные, которые говорят о том, что земная кора никогда не расплавлялась полностью. К тому же, не объясняются наклон лунной орбиты и другие проблемы.
Луна появилась из нескольким маленьких спутников
Мы уже рассмотрели «гипотезу захвата» и выяснили её невероятность. Земля не смогла бы захватить такое большое тело, как Луна, тем более перевести его на круговую околоземную орбиту. Но она запросто смогла бы захватить несколько мелких тел, наподобие крупных астероидов. Эти астероиды могли бы сталкиваться друг с другом на земной орбите, а потом из их обломков могло бы сформироваться одно большое тело.
Но эта гипотеза происхождения Луны имеет массу недостатков. Во-первых, она не объясняет сходство содержания кислорода. Если бы Луна образовалась из прилетевших извне астероидов, состав отличался бы очень сильно, а он более-менее схож с земным.
Во-вторых, очень маловероятно, что Земля смогла бы захватить столько астероидов, чтобы их хватило на формирование Луны. Венера за миллиарды лет ни одного не смогла захватить, а у Марса всего пара маленьких, хотя астероидный пояс рядом.
В-третьих, вряд ли все захваченные астероиды стали бы сталкиваться и формировать один спутник, тем более за короткое время. У того же Марса миллиарды лет имеются Фобос и Деймос, но сталкиваться они не собираются. У планет-гигантов десятки спутников, и они тоже не сталкиваются друг с другом.
Луна появилась из-за столкновения Земли с планетой
Такая версия появилась в 1975 году, и сейчас она считается одной из самых вероятных. Согласно ей, Луна появилась благодаря столкновению молодой Земли с другой молодой планетой – Тейей. Эта Тейя ударила Землю по касательной, из-за чего в космос было выброшено много земного вещества из мантии. Туда же попали остатки Тейи. Из этого вещества образовалась в дальнейшем Луна. Её первоначальное удаление составляло всего 60000 км.
Эта гипотеза хорошо объясняет как сходство химии Луны с Землёй, так и некоторые отличия. Так как из-за удара Земля несколько наклонилась, то это объясняет наклон лунной орбиты. Малое количество железа на Луне также можно объяснить тем, что земное вещество было выброшено из верхних слоёв и из мантии, а ядро уже было сформировано.
Чтобы эта версия стала правдоподобной, нужно допустить, что Тейя ударила Землю на небольшой скорости и по касательной. Такое возможно, если эта планета сформировалась также на земной планете, в одной из точек Лагранжа. По сути, это был близнец нашей Земли, на той же орбите.
Так как эта версия выглядит довольно правдоподобной и позволяет объяснить многие вещи, она считается основной. Но требуется еще множество исследований для её подтверждения. Ведь это столкновение, если оно было, произошло примерно 4.5 миллиардов лет назад, поэтому найти доказательства непросто. К тому же, требует объяснения такой факт – при столкновении с Тейей Земля должна была сильно разогреться и потерять всю свою воду, но этого не произошло.
Луна появилась из земного вещества, выброшенного метеоритами
Это новая версия, которая появилась в 2007 году. Согласно ей, молодая Земля подвергалась активной бомбардировке множеством метеоритов, размеры которых достигали от десятков до сотен километров. Из-за этого в космос выбрасывалось большое количество земного вещества, в том числе воды. Из этого вещества и образовалась Луна.
Такая гипотеза просто заменяет одно столкновение с большой планетой Тейей на тысячи мощных, но локальных. При этом Земля не раскалилась бы и не потеряла свою воду, что служит плюсом этой версии. К тому же, на Луне есть вода в виде льда — таким образом она вполне могла бы сохраниться.
Такая гипотеза образования Луны тоже пока является рабочей и изучается. За неё есть отдельные факты, но узких мест тоже хватает.
Так как появилась Луна?
Как видим, пока точно на этот вопрос не сможет ответить никто. Существуют разные версии, но наиболее вероятными пока выглядят две последние. Это столкновение Земли с крупной протопланетой Тейей или столкновение с множеством крупных метеоритов. В любом из этих случаев Луна образовалась в основном из земного вещества с примесью других тел, участвовавших в столкновении. Это объясняет сходство химического состава с Землёй и некоторые отличия, а также наклон лунной орбиты и быстрое вращение Земли на раннем этапе.
Конечно, на самом деле всё могло произойти не так, а как-нибудь по-другому. Но однозначно пока известно одно – Луна и Земля появились вместе, хотя и не одновременно. Луна – «кровь и плоть» Земли, а не что-то инородное, прилетевшее издалека.
Источник
как по мнению учёных образовалась луна. только ответы короткие
Ученые выдвинули новую теорию того, как могла возникнуть Луна. Дебаты по этому вопросу идут уже давно, выдвигались различные теории, которые страдали теми или иными недостатками или противоречиями.
На сегодняшний день наиболее вероятной считается теория столкновения, согласно которой прото-Земля столкнулась с другим небесным телом, а из выброшенного при столкновении вещества образовалась Луна.
Однако, до сих пор были неизвестны ни точные размеры этого небесного тела, ни его скорость при столкновении.
До сих пор считалось, что с Землей столкнулось небесное тело размером примерно с Марс (его называют Тейя), двигавшееся в космосе относительно медленно.
Подобное столкновение резко увеличило температуру обоих тел, и в результате большая часть вещества ударившегося объекта и часть вещества земной мантии были выброшены на околоземную орбиту. Из этих обломков собралась прото-Луна.
Удар по касательной
Из этого следует, что химический состав Луны должен представлять собой смесь веществ Земли и Тейи.
Однако на Луне, в отличие от Земли, наблюдается дефицит железа. Одновременно с этим изотопы кислорода на Земле и на Луне практически идентичны. Ученые не могут прийти к консенсусу, чем это можно объяснить.
Более того, согласно опубликованным в марте в журнале Nature Geoscience результатам исследования образцов лунной почвы, доставленных на Землю американской миссией «Аполлон», изотопы титана Земли и Луны также практически идентичны.
Это, по мнению ученых, свидетельствует в поддержку теории, согласно которой Луна – это часть самой Земли.
Андреас Рейфер и его коллеги из космического центра в Берне, создав компьютерную симуляцию, пришли к выводу, что с прото-Землей столкнулось небесное тело гораздо больших размеров, чем считалось ранее, и двигалось это тело на очень большой скорости. Удар пришелся не по центру, а под углом.
По их словам, при подобном столкновении Тейя потеряла бы очень мало массы и продолжила бы свой полет в космическом пространстве.
От подобного удара, произошедшего по касательной, большая часть веществ, выброшенных в космос, были бы земного происхождения.
Для окончательного подтверждения этой теории необходимо провести тщательный анализ образцов лунного грунта.
Источник
Луна образовалась на миллионы лет позже, чем предполагалось ранее? Новые выводы ученых
Немецкие ученые определили, что наш естественный спутник моложе, чем считалось ранее. В новом исследовании исследователи предположили, что воздействие протопланеты размером с Марс на молодую Землю, из которой образовалась Луна, произошло на 85 миллионов лет позже, чем предполагалось ранее.
Согласно общепринятой гипотезе, планета-прототип размером с Марс под названием Тейя поразила молодую Землю. Новое тело сформировалось из мусора, выброшенного во время этого столкновения, который сформировался в теперь видимую Луну.
В ходе новых исследований ученый из Немецкого космического агентства (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt — DRL) и Вестфальского университета Вильгельма в Мюнстере обнаружил, что наш естественный спутник моложе, чем считалось ранее. Предыдущие предположения о формировании Луны указывали на то, что ей около 4,51 миллиарда лет. По данным немецких ученых, нашей спутнице около 85 миллионов лет, и она была создана 4,425 миллиарда лет назад. Ученые описали свои выводы в издании Science Advances .
Молодая Солнечная система
Четыре с половиной миллиарда лет назад Солнечная система была хаотичным местом. Земля продолжала собирать окружающую материю и расти. Внутри становилось теплее, и большие части скалистого плаща растаяли и образовали океаны магмы. За это время Земля приобрела естественный спутник, который сегодня вращается вокруг нее. Космическое столкновение между Землей и протопланетой извергло горную породу с молодой Земли. В конце концов, этот мусор превратился в новое планетное тело — Луну.
В принципе, большинство ученых сходятся во мнении о том, как образовалась Луна, но речь идет не о деталях процесса и, конечно же, не о времени, когда произошло столкновение.
Результаты нашего последнего моделирования позволяют предположить, что молодая Земля столкнулась с протопланетой примерно через 140 миллионов лет после рождения Солнечной системы, 4,567 миллиарда лет назад. По новым расчетам, это произошло 4,425 миллиарда лет назад. Тогда и родилась Луна, — сказал Максим Морис из DRL.
За это время Земля превратилась в планету. Во время этого развития более тяжелые металлы утонули и образовали ядро из железа и никеля, которое было окружено толстой мантией из камней. Эти породы стали более горячими из-за процесса аккреции и распада радиоактивных элементов. Это позволило разделить металлы и силикаты внутри Земли в течение нескольких десятков миллионов лет.
Столкновение Земли с Тейей
На этой стадии Земля была поражена Теей, протопланетой, которая, по мнению ученых, могла быть размером с Марс. В греческой мифологии Тейя была одной из титанидов, богиней зрения и сияющего неба, а матерью Селены — богиней Луны. В первые «дни» Солнечной системы было много подобных объектов. Некоторые были выброшены из Солнечной системы, а остальные были уничтожены в результате столкновений с другими объектами.
Тейя ударила Землю и высвободила столько материала из мантии планеты, что она могла сформировать новый объект — Луну. Во время столкновения был создан океан магмы глубиной в несколько тысяч километров. Но сегодня, после столкновения, никаких следов не осталось.
Воссоздание этого события требует много воображения и творчества. Столкновение двух тел и огромная энергия, сопровождающая это событие, вызвали выброс большого количества камней из молодой мантии Земли. Они собрались в кольцо пыли вокруг Земли. «После этого события Луна образовалась за довольно короткое время, возможно, за несколько тысяч лет», — пояснила Дорис Бройер из DLR, соавтора исследования.
Образцы лунных пород, собранные во время миссии «Аполлон», недостаточны для проверки ранее принятых 4,51 миллиардов лет для возраста Луны, но это можно рассчитать, используя другой метод. Столкновение молодой Земли с протопланетой размером с Марс означает, что порода, из которой состоит Луна, происходит с Земли и может быть использована для определения времени космического столкновения.
Новое исследование предполагает, что Луна была образовалась, когда Земля была почти полностью сформирована. «Наши расчеты показывают, что это, вероятно, произошло в самом конце процесса формирования Земли», — призналась Сабрина Швингер, описывая хронологическую последовательность событий.
Не только на молодой Земле были океаны магмы. Энергия от аккреции также привела к образованию на Луне океана магмы. Ученые считают, что Луна почти полностью расплавилась и, подобно Земле, была покрыта океаном магмы глубиной более 1000 километров. Этот океан магмы быстро начал затвердевать и образовал кору, плавающую на поверхности. Но под этим изолирующим слоем, который замедлял дальнейшее охлаждение и затвердевание магматического океана, Луна долгое время оставалась расплавленной. До сих пор ученые не могли определить, сколько времени понадобилось, чтобы полностью охладить магматический океан, поэтому, по мнению авторов нового исследования, они не могли правильно определить, когда именно образовалась Луна.
Чтобы рассчитать, как долго магма охлаждалась на молодой Луне, ученые использовали новую компьютерную модель, которая впервые всесторонне учитывала процессы, связанные со свертыванием магмы.
Результаты моделирования показывают, что океан магмы на Луне был долгоживущим, и прошло почти 200 миллионов лет, пока он полностью не затвердел, — пояснил Морис. Шкала времени намного длиннее, чем указано в предыдущих исследованиях. Старые модели дали период свертывания всего 35 миллионов лет, — добавил его коллега по DLR Никола Тоси.
Чтобы определить возраст Луны, ученым пришлось пойти еще дальше. Они рассчитали, как изменился состав силикатных минералов, богатых магнием и железом, которые образовались при затвердевании магматического океана. Они обнаружили резкое изменение состава оставшегося магматического океана по мере прогрессирования свертывания.
Это открытие является значительным, поскольку оно позволило авторам связать образование различных типов горных пород на Луне с некоторой стадией эволюции его магматического океана.
Сравнивая измеренный состав лунных пород с предсказанным составом магматического океана из нашей модели, мы смогли проследить эволюцию магматического океана до его начальной точки, времени, когда образовалась Луна, — объясняет Швингер.
Результаты исследований показывают, что Луна образовалась 4,425 ± 0,025 миллиарда лет назад.
Источник