Про Далекий Космос можно придумывать все что угодно. Это сложно увидеть и мало кто про это знает. А вот Луна каждую ночь висит у нас над головой и наверняка многие задумывались как это она там оказалась.
Согласно одной из наиболее популярных моделей образования Луны, естественный спутник нашей планеты мог появиться в результате столкновения некоего космического тела с Землей более 4,5 миллиарда лет назад. Этим телом была Тейя, протопланетный объект, с «зародышем» Земли. Столкновение привело к выбросу материи Тейи и прото-Земли в космос, и из этой материи и сформировалась Луна, что объясняет ее удивительное геологическое и химическое сходство с нашей планетой.
Однако внутри данной версии нет единодушия. Ученые выделяют три ее варианта.
1. Инородное тело
Согласно одной из теорий Луна ни что иное как осколок космического объекта, столкнувшегося более 4 миллиардов лет назад с Землей. И ученые даже называют этот объект - малая планета Тейя (по некоторым предположениям размером с Марс). В результате мощнейшего удара космическое тело превратилось в огромное облако мусора, которое оказавшись на земной орбите, со временем сформировалось в спутник. Такая гипотеза, выдвинутая двумя группами американских ученых, удачно объясняла дефицит железа на Луне в отличие от нашей планеты и некоторые динамические характеристики системы Земля - Луна. Но в ней есть слабое место. Химический анализ показал идентичность состава лунной и земной породы.
2. Фрагмент Земли
По этой версии при столкновении с другим небесным телом протоземля выделила вещество, из которого и образовалась Луна. Именно так, по мнению сотрудников Гарвардского университета можно объяснить схожесть химического состава Земли и ее спутника.
3. Два в одном
Эта гипотеза дополняет предыдущую, однако в ней утверждается, что в результате катастрофического столкновения часть массы земной материи и ударника образовали единое вещество, в расплавленном виде выброшенное на околоземную орбиту. Этот материал и создал спутник. В данной интерпретации столкновение произошло до образования ядра Земли, что и объясняет низкое содержание железа в лунном грунте.
В рамках нового исследования ученые постарались подробнее понять, какой была дальнейшая судьба нашего спутника после этого события.
В период катархея (геологический эон) Луна выглядела совсем не так, как она выглядит сегодня. Представляла собой скорее раскаленный комок лавы, обладающий экзотической сверхплотной атмосферой из паров кремния и металлов. А еще она была расположена в 10 раз ближе к поверхности Земли, чем сегодня.
В ходе исследования группа ученых пришла к выводу, что одна из особенностей Луны может указывать на то, что Земля была лишена океанов из жидкой воды на протяжении первых 400-500 миллионов лет своего существования. А такие выводы, в свою очередь, накладывают серьезные ограничения на время зарождения жизни на Земле.
Как сейчас принято считать, в последующие несколько миллионов лет после своего формирования Луна достаточно быстро удалялась от Земли в результате действия приливных сил, пока в итоге не вышла на ту орбиту, на которой она находится сегодня. Впоследствии, когда Луна начала всегда смотреть на Землю только одной стороной, этот процесс резко замедлился, и сейчас она отдаляется от нашей планеты со скоростью примерно в 2-4 сантиметра в год.
Чжун и его коллеги раскрыли одну необычную деталь этого процесса, обратив внимание на самую загадочную черту Луны — ее необычный «горб», расположенный на экваторе. Эта структура была открыта французским астрономом Пьером Лапласом еще два века назад. Лаплас заметил, что Луна «сплющена» примерно в 17-20 раз сильнее, чем должна была быть, учитывая скорость ее вращения вокруг своей оси.
«Лунный экваториальный «горб» может содержать секреты ранней истории эволюции Земли, о которых мы даже не знали», — говорит исследователь Шицзе Чжун из университета Колорадо в Боулдере (США).
Исследователи считают, что существование этой структуры указывает на то, что в далеком прошлом Луна вращалась значительно быстрее, чем сегодня. Американские планетологи попытались понять, как быстро «тормозила» Луна, изучив то, как устроен этот «горб», и попытавшись воспроизвести его появление при помощи компьютерной модели развития Солнечной системы.
Эти наблюдения неожиданно показали, что общепринятые теории о быстром торможении Луны в первые годы ее существования были ошибочными — скорость вращения спутницы Земли оставалась высокой как минимум на протяжении первых 400 миллионов лет ее существования. В противном случае Луна всегда бы оставалась «жидкой» планетой или имела совершенно иную форму и размеры, нежели сегодня.
Подобный сценарий, как объясняет Чжун, возможен только в том случае, если Земля не была в то время покрыта океаном из воды, сопоставимым по размерам с нынешней гидросферой планеты. Это означает, что воды в жидком виде на юной Земле не было. Она либо отсутствовала на ней в принципе, либо была принесена уже после формирования «горба» Луны, или же находилась на ней в твердой форме, то есть в виде льда.
Итак, как мы уже выяснили одной из самых популярных теорий о возникновении Луны является теория Гигантского столкновения. Эта теория хорошо объясняет размеры Луны и ее орбитальную позицию, однако новые исследования, опубликованные в журнале Nature , говорят об обратном: по мнению ученых, взаимодействие Земли с космическим телом было подобно «удару кувалдой по арбузу». Проведя детальное исследование образцов лунных пород, добытых экспедициями кораблей серии «Апполон» еще в 70-е годы прошлого столетия, специалисты из Вашингтонского университета опровергли теорию сорокалетней давности.
«Если бы старая теория была верна, то больше половины лунных пород состояли бы из материала ударившего Землю планетоида. Но вместо этого мы видим, что изотопный состав фрагментов Луны весьма специфичен. Тяжелые изотопы калия, найденные в образцах, могли сформироваться только под воздействием невероятно высоких температур. Лишь очень мощное столкновение, при котором планетоид и большая часть Земли испарились бы при контакте, может вызвать подобный эффект. К тому же, прежде чем охладиться и стать твердым телом, пар, образованный при столкновении, должен был занять площадь в 500 раз больше площади поверхности Земли», объясняет Кун Ван, доцент Вашингтонского университета и один из авторов исследования.
По словам ученых, это открытие изменит не только представление о том, как сформировалась Луна, но и о процессах, которые происходили во всей Солнечной системе. Однако данных все еще недостаточно, и для того, чтобы сформулировать новую теорию, ученым предстоит еще масса аналитической работы с образцами.
Но есть и еще версии.
Гипотеза центробежного разделения
Впервые гипотезу отделения Луны от Земли под действием центробежных сил выдвинул Джордж Дарвин (сын Чарльза Дарвина) в 1878 году. По мнению сторонников этой теории, скорость вращения планеты была достаточно быстрой, чтобы от протоземли отделился фрагмент вещества, сформировавший впоследствии Луну. Однако уже в 30-х годах XX столетия ученые со скептицизмом стали относиться к подобной идее. Они утверждали, что суммарный вращательный момент недостаточен для возникновения даже в жидкой Земле «ротационной неустойчивости».
Теория захвата
В последнее время набирает популярность версия, выдвинутая в 1909 году американским астрономом Джексоном Си согласно которой Земля и Луна образовались независимо друг от друга в разных частях Солнечной системы. В момент наиболее близкого прохождения Луны относительно земной орбиты и произошел захват гравитационными силами небесного тела. Это, судя по всему, произошло в человеческий период истории Земли. Легенды многих народов мира, в частности догонов повествуют о временах, когда на небосводе отсутствовал спутник. Эту гипотезу также косвенно подтверждает относительно не глубокий слой космической пыли на поверхности Луны.
«Искусственный спутник»
Идея искусственного происхождения Луны самая спорная, так как до сих пор не доказано существование инопланетной или земной цивилизации способной совершить подобное. Тем не менее, она заслуживает внимания, хотя бы, потому что была высказана учеными. В 1960 году исследователи Михаил Васин и Александр Щербаков, изучая некоторые характеристики нашего спутника, пришли к мысли, что он может иметь искусственное происхождение. Так, учитывая размер и глубину образовавшихся при бомбардировке космическими телами лунных кратеров, они предположили, что кора Луны могла быть сделана из титана, толщина которого по предварительным расчетам советских ученых была 32 километра. «Когда я впервые наткнулся на шокирующую советскую теорию, объясняющую истинную природу Луны, я был потрясён, - пишет американский исследователь Дон Уилсон. - Сначала мне показалось это невероятным и, естественно, я отверг её. Когда наши экспедиции Apollo привозили больше и больше фактов, подтверждавших советскую теорию, я был вынужден принять её».
Странные показатели
Приверженцы теории «искусственной Луны» обратили внимание на весьма высокое соотношение массы сателлита к массе Земли - 1:81, что не характерно для спутников других планет Солнечной системы. Выше показатели только у Харона и Плутона, хотя последний уже не считается планетой. Любопытны сравнения размеров спутников. Например, самый крупный спутник Марса Фобос в диаметре не превышает 20 км, в то время как у Луны этот показатель 3560 км. Кстати, именно такой размер Луны, совпадающий для земного наблюдателя с диаметром Солнца, позволяет нам периодически видеть солнечные затмения. Наконец удивляет практически идеальная круговая орбита Луны, в то время как у других спутников она эллиптическая.
Пустотелая Луна
Интересен и тот факт, что гравитационное притяжение Луны является неоднородным. Экипаж Apollo VIII, облетая спутник, отметил, что гравитация Луны имеет резкие аномалии - в некоторых местах она «таинственным образом усиливается». Обращая внимание на данные американского экипажа (которые были засекречены), а также на низкую плотность спутника по отношению к его массе ядерный инженер Уильям Брайан в 1982 году заявил, что «Луна полая и относительная жесткая». Ряд более поздних исследований позволил ученым предположить, что эта полость искусственная. Но исследователи сделали и более смелые выводы, по которым Луна формировалась «в обратном направлении» - то есть от поверхности к ядру.
Газопылевое облако
Впрочем, в последние годы ученые не готовы серьезно рассматривать версию искусственного происхождения Луны. Куда ближе современным научным взглядам, к примеру, «теория испарения». По этой гипотезе из земной плазмы были выделены значительные массы вещества, которые при остывании образовали конденсат - он и стал строительным материалом для протолуны. Но есть и другая - похожая идея, выдвинутая еще в XVIII веке. Сначала шведский естествоиспытатель Эммануэль Сведенборг, а затем французский астроном Пьер-Симон Лаплас высказали мысль, что межзвездные туманности - облака газа и пыли в открытом космосе - сжимаются и конденсируются в звезды и окружающие их планеты. Французский ученый также предполагал, что из этого вещества мог образоваться и наш спутник. Российский академик Э. М. Галимов развил временно вышедшую из моды концепцию, в которой Луна является результатом «фрагментации пылевого сгущения». В основу этой гипотезы легли результаты радиоизотопного анализа спутника и планеты, которые показывают, что оба тела имеют одинаковый возраст - около 4,5 миллиардов лет. Другими словами и Луна, и Земля образовались по соседству из вещества, находившегося от Солнца на одинаковом расстоянии. По мнению ученого концепция происхождения Луны из первичного вещества, а не из мантии Земли, лучше согласуется с фактами, чем принятая до сих пор «модель мегаимпакта».
источники
15:36 26/08/20170 👁 1 311
Спустя несколько десятилетий после того, как учёные вроде бы договорились об одной теории, появляется противоречащее ей новое свидетельство возможного способа появления
13 декабря 1972 года астронавт «Аполло-17» Харрисон Шмитт подошёл к валуну в лунном Море Спокойствия. «У этого валуна есть след, идущий прямо с холма», – сказал он своему командиру, Юджину Цернану, указывая на отметки, оставленные скатившимся со склона камнем. Цернан наклонился, чтобы собрать образцы.
«Мне не хотелось бы думать об этом», – сказал Шмитт.
Астронавты откололи кусочки луны с валуна. Затем при помощи грабелек Шмитт поскрёб пыльную поверхность, приподняв камень, позже названный троктолитом 76536 с реголита и внеся его в историю.
Этот камень и его брат-валун расскажут историю того, как появилась вся Луна. В этой истории создания, описанной в бессчетном множестве учебников и пояснениях к музейным экспонатам за последние четыре десятилетия, Луна родилась в пагубном столкновении зародышевой Земли и каменистого мира размером с . Второй мир назвали Тея, в честь греческой богини, породившей Селену, т.е. Луну. Тея с такой скоростью и силой ударила , что оба мира расплавились. Остатки обломков Теи охладились и отвердели, превратившись в нашего серебристого компаньона.
Современные измерения троктолита 76536 и других камней с Луны и Марса зародили сомнения в этой истории. За последние пять лет шквал исследований выявил проблему: каноническая гипотеза ударного формирования зиждется на предположениях, не соответствующих фактам. Если Тея ударила Землю, а потом сформировала Луну, то Луна должна состоять из такого же материала, что и Тея. Но Луна не выглядит, как Тея – или как Марс. Вплоть до атомов она выглядит почти точно так же, как Земля.
Повстречав это несоответствие, исследователи Луны начали искать новые идеи, чтобы понять, как она появилась. Самое очевидное решение может быть и самым простым, хотя оно создаёт другие проблемы с пониманием ранних этапов Солнечной системы: возможно, Тея и сформировала луну, но при этом Тея состояла из материала, почти идентичного земному. Вторая возможность – процесс столкновения всё хорошенько перемешал, равномерно распределил комки и жидкости, словно тесто для блинов. Это могло случиться при чрезвычайно высокоэнергетическом столкновении, или в серии столкновений, породивших несколько лун, объединившихся позднее. Третье объяснение ставит под сомнение то, что мы знаем о планетах. Возможно, что Земля и Луна претерпели странные метаморфозы и совершали необычные движения на орбите, что резко поменяло их вращение и их будущее.
Четыре способа создать Луну
С появлением проблем у основной теории возникновения Луны учёные накидали новых теорий её появления.
Модель ударного формирования
Эта классическая теория, появившаяся в 1970-х, утверждает, что булыжник размером с Марс, Тея, долбанул по юной Земле. После удара появился диск из обломков, позднее объединившийся в Луну. Но новые исследования обнаружили конфликт: компьютерные симуляции говорят о том, что Луна должна состоять из материала, сходного с материалом Теи, а геохимическое исследование Луны говорит о том, что она состоит из материала, сходного с земным.
Синестия
Возможно, Тея ударила Землю достаточно сильно для того, чтобы оба объекта испарились и образовали новую космическую структуру, синестию. Вращающееся облако горячих обломков могло тщательно перемешать материалы Теи и Земли и создать систему Земля/Луна со сходной геохимией
Малые луны
Возможно, что вместо одного серьёзного удара произошло множество сравнительно мелких, каждый из которых создавал луну. В этой модели каждое столкновение с объектом размером с Луну создавало диск из обломков, который постепенно собирался в малую луну. Затем следующий удар добавлял обломков, и в итоге они скомбинировались в большую Луну.
Столкновение близнецов
Возможно, наиболее простой альтернативой будет вариант, в котором Тея состоит из того же материала, что и Земля. Но это предположение идёт вразрез с большей частью наших представлений о формировании планетных систем.
Чтобы понять, что могло случиться в самый запоминающийся день Земли, нужно понять юность Солнечной системы. Четыре с половиной миллиарда лет назад было окружено горячим облаком обломков, похожим на пончик. Порождённые в недрах звезды элементы двигались вокруг новообразованного Солнца, охлаждаясь, и спустя эпохи, комбинируясь – в процессе, который нам в точности пока неясен – в комочки, затем в планетезимали, затем во всё более крупные планеты. Эти каменистые тела активно и жёстко сталкивались, испаряя друг друга. Именно в этом жёстком адском бильярде и появились Земля и Луна.
Чтобы получить сегодняшнюю Луну, с её размером, вращением и скоростью убегания от Земли, согласно нашим лучшим компьютерным моделям, необходимо, чтобы с Землёй столкнулось тело размером с Марс. Всё, что больше или сильно меньше привело бы к появлению системы с куда как большим вращательным моментом импульса. Тело большего размера также выбросило бы на орбиту Земли слишком много железа, и создало бы более богатую железом луну, чем наша.
Момент импульса – это величина, описывающая движение и массу вращающегося объекта или системы вращающихся объектов: вращающейся Земли, вращающейся Луны, оборачивающейся вокруг вращающейся Земли, и так далее. Момент импульса всегда сохраняется, то есть, его можно приобрести или потерять только с вмешательством третьей силы.
Ранние геохимические исследования троктолита 76536 и других камней поддерживали эту историю. Они показали, что лунные камни должны были возникнуть в океане лунной магмы, который можно создать только при ударном формировании. Троктолит упал бы в расплавленное море как айсберг, отколовшийся от Антарктики. На основе физических ограничений учёные утверждали, что Луна состоит из остатков Теи. Но тут есть проблема.
Вернёмся к ранней Солнечной системе. После столкновения и испарения каменистых миров их содержимое перемешивалось, и в итоге успокаивалось в определённых областях пространства. Ближе к солнцу, там, где жарче, лёгкие элементы с большей вероятностью должны были испаряться, оставляя избыток тяжёлых изотопов (вариантов элементов, содержащих дополнительные нейтроны). Дальше от солнца камни сумели удержатьь больше воды и лёгких изотопов. Поэтому учёные могут изучить смесь изотопов объекта и определить, из какой части солнечной системы он прибыл, так же, как акцент выдаёт родину человека.
Эти различия настолько очевидны, что их используют для классификации планет и типов метеоритов. Марс, к примеру, так сильно отличается от Земли, что его метеориты можно определить, просто измеряя соотношения трёх различных изотопов кислорода.
В 2001 году, используя передовые технологии масс-спектрометрии, швейцарские учёные повторно измерили троктолит 76536 и 30 других лунных проб. Они обнаружили, что их изотопы кислорода были неотличимы от земных. С тех пор геохимики изучали титан, вольфрам, хром, рубидий, калий и другие редкие металлы Земли и Луны, и в общем всё выглядит одинаково.
Это плохие новости для Теи. Если Марс так очевидно отличается от Земли, то Тея – а следовательно, и Луна – тоже должна отличаться. Если они одинаковые, это значит, что Луна должна была сформироваться из расплавленных осколков Земли. Камни с «Аполло» противоречат тому, что говорит физика.
«Каноническая модель переживает серьёзный кризис, – говорит Сара Стюарт, планетолог из Калифорнийского университета в Дэйвисе. – Её пока не убили, но на текущий момент она не работает».
Стюарт пыталась примирить физические ограничения – необходимость в сталкивающемся теле определённого размера, движущемся с определённой скоростью – с новыми геохимическими свидетельствами. В 2012 году она и Матья Чук , сегодня работающий в институте SETI, предложили новую физическую модель формирования Луны. Они утверждают, что ранняя Земля вращалась быстро, как дервиш, совершая один оборот за два-три часа, когда с ней столкнулась Тея. Столкновение должно было привести к появлению диска вокруг Земли, похожего на кольца Сатурна – но он сохранился бы не дольше, чем на 24 часа. В результате он бы охладился и отвердел, образовав Луну.
Суперкомпьютеры недостаточно мощны, чтобы полностью смоделировать этот процесс, но они показали, что снаряд, врезающийся в быстро вращающийся мир, может вырезать приличный кусок Земли, уничтожить большую часть Теи, и собрать из этих обломков Луну и Землю со сходным содержанием изотопов. Это как швырнуть кусок ещё не застывшей глины на быстро вращающийся гончарный круг.
Но чтобы объяснение с участием быстро вращающейся Земли сработало, необходимо, чтобы что-то ещё замедлило её вращение до сегодняшнего. В работе 2012 года Стюарт и Чук доказывали, что при определённых взаимодействиях с орбитальным резонансом Земля могла передать момент импульса Солнцу. Позднее Джек Виздом из MTI предложил несколько различных сценариев потери момента импульса системой Земля/Луна.
Но ни одно из объяснений не было достаточно удовлетворительным. Стюарт говорит, что модели 2012 года не могли объяснить или химический состав Луны. Затем, в прошлом году Саймон Лок, аспирант из Гарвардского университета, учившийся у Стюарт, предложил обновлённую модель, в которой предлагается прежде не рассматривавшаяся планетарная структура.
В этой истории все частички Земли и Теи испарились и сформировали раздутое облако в форме толстого бублика. Облако вращалось так быстро, что достигло коротационного лимита . В этом состоянии на внешнем краю облака испарившиеся камни вращались так быстро, что облако приобрело новую структуру, в которой толстый диск вращается вокруг внутреннего региона. Что важно, диск не был отделён от центрального региона, как отделены кольца от Сатурна, и как были отделены диски в моделях формирования луны после столкновения.
Условия в этой структуре адские до невозможности; поверхности нет, вместо неё есть облака расплавленного камня, и в каждом регионе облака формируются капли расплавленного камня. Луна росла внутри этого пара из капель, до тех пор, пока пар не охладился и не оставил за собой систему Земля/Луна.
Учитывая необычные характеристики структуры, Лок и Стюарт решили, что она заслуживает нового названия. Они придумали несколько версий, после чего выбрали синестию, использующую греческий префикс син-, означающий «вместе», и богиню Гестию, богиню семейного очага, здоровья и архитектуры. Стюарт говорит, что слово означает «объединённая структура».
«Эти тела не такие, как вам кажется на первый взгляд. Они выглядят не так, как вы предполагали», – говорит она.
В мае Лок и Стюарт опубликовали работу по физике синестий; их работу по происхождению Луны из синестии пока оценивают специалисты. Они представляли эту работу на конференциях планетологов зимой и весной, и говорят, что их коллеги были заинтригованы, но не убеждены этой идеей. Возможно, потому, что синестии пока остаются только идеей; в отличие от планет с кольцами, которых много в нашей , и , которых много по всей , никто ещё не видел синестию.
«Но это однозначно интересный путь, способный объяснить особенности нашей Луны и помочь нам преодолеть затруднение с нашей неработающей моделью», – говорит Лок.
Среди естественных спутников в Солнечной системе Луна выделяется своим одиночеством. У и нет естественных спутников, в частности из-за их близости к Солнцу, чьё гравитационное влияние сделало бы орбиты таких лун нестабильными. У есть крохотные и ; некоторые считают, что это захваченные астероиды, а другие – что они сформировались после столкновений тел с Марсом. Газовые гиганты просто переполнены лунами, некоторые из которых каменистые, некоторые – водные, некоторые – смешанные.
По контрасту с этими лунами, спутник Земли выделяется своим размером и массой. Масса Луны составляет примерно 1% от массы Земли, в то время как общая масса спутников внешних планет не превышает одну десятую процента массы их родителей. Что ещё важнее, Луна отвечает за 80% момента импульса системы Земля/Луна, то есть за 80% движения всей системы. У внешних планет этот показатель не превышает 1%.
Но Луна не обязательно всегда несла такую нагрузку. Лик Луны демонстрирует, что её всю жизнь бомбардировали; почему мы должны предполагать, что из Земли её вырезал всего один камень? Возможно, что Луну создало множество соударений, говорит Ралука Руфу , планетолог из Вайзманновского научного института в Израиле.
В опубликованной этой зимой работе она утверждает, что Луна не появилась у Земли вся сразу. Это собрание, созданное тысячей порезов – или, по меньшей мере, десятком, согласно её симуляциям. Снаряды, летевшие с разных углов и с разной скоростью, могли ударять по Земле и формировать диски, собиравшиеся в малые луны, крошки, по размерам меньшие, чем текущая Луна. Взаимодействия между малыми лунами приводили к их объединениям, что и сформировало нашу сегодняшнюю Луну.
Планетологи хорошо приняли её работу в прошлом году. Робин Канап, специалист по Луне из Юго-западного исследовательского института и один из первых авторов теории формирования Луны, сказал, что она достойна рассмотрения. Однако требуются дополнительные проверки. Руфу не уверена, зафиксировались бы малые луны на своей орбите так, как Луна, повёрнутая к нам всегда одной стороной; если да, то она не уверена, как они объединились бы. «Именно это мы теперь и пытаемся выяснить», – сказала Руфу.
А в это время другие обратились к иному объяснению схожести Земли и Луны, с очень простым ответом. Синестии, малые луны, новые физические модели – всё это спорно. Возможно, что Луна очень похожа на Землю потому, что Тея тоже была на неё похожа.
Луна – не единственный объект в Солнечной системе, похожий на Землю. В камнях троктолита 76536 такое же соотношение изотопов кислорода, как у камней Земли, и как у группы астероидов под названием энстатитовые хондриты. Сочетание изотопов кислорода у этих астероидов очень похоже на земное, по словам Мириам Телас, космохимика, изучающей метеориты в Научном институте им. Карнеги в Вашингтоне. «Один из аргументов состоит в том, что они формировались в более горячих областях диска, близких к Солнцу», – говорит она. Они, вероятно, формировались рядом с тем местом, где формировалась Земля.
Некоторые из этих булыжников сформировали Землю, другие могли сформировать Тею. Энстатитовые хондриты – обломочный материал, который так и не собрался, чтобы создать мантию, ядро и законченную .
В январе Николас Дауфас, геофизик из Чикагского университета, утверждал, что большая часть камней, слившихся в Землю, были метеоритами энстатитового типа. Он писал, что всё, что сформировалось в том же регионе, должно состоять из них. Создание планет происходило из тех предварительно смешанных материалов, что мы находим сейчас на Луне и Земле; они выглядят одинаково, поскольку представляют собой одно и то же. «Гигантское тело, врезавшееся и породившее Луну, вероятно обладало изотопной композицией, близкой к земной», – писал Дауфас.
Дэвид Стивенсон, планетолог из Калифорнийского технологического института, изучавший происхождение Луны с того момента, как гипотезу Теи впервые представили в 1974 году, говорит, что считает эту работу наиболее важным вкладом в дебаты за последний год, и утверждает, что она обращается к проблеме, с которой геохимики пытались справиться десятилетиями.
«Его история правдоподобна. Это хитрая история того, как рассматривать различные элементы, встречающиеся на Земле, – сказал Стивенсон. – А затем можно перейти к истории о конкретной последовательности событий, формировавших Землю, в которой большую роль играют энстатитовые хондриты».
Но пока не все в это верят. Остаются вопросы по поводу количества изотопов таких элементов, как вольфрам – так говорит Стюарт. Вольфрам-182 – дочка гафния-182, поэтому отношение количества вольфрама к гафнию работает, как часы, и определяет возраст конкретного камня. Если в одном камне вольфрама-182 больше, чем в другом, можно спокойно утверждать, что камень с преобладанием вольфрама сформировался раньше. Но самые точные из доступных измерений показывают, что у Земли и Луны отношение вольфрама к гафнию одинаковое. «Было бы очень удачным совпадением, если бы у двух тел оказались одинаковые составы», – заключает Дауфас.
Понимание Луны – нашего постоянного партнёра, серебристой сестры, цели мечтателей и исследователей с незапамятных времён – интересно само по себе. Но история её происхождения и история таких камней, как троктолит 76536, могут стать одной главой в гораздо большей книге.
«Я рассматриваю это как окно в более общий вопрос: что произошло при формировании землеподобных планет? – сказал Стивенсон. – Пока на него никто не ответил».
В поисках ответа на него может помочь понимание синестии; Лок и Стюарт считают, что синестии в ранней Солнечной системе могли формироваться очень быстро, когда протопланеты сталкивались друг с другом и плавились. Многие каменистые тела могли в начале быть толстыми паровыми гало, так что понимание эволюции синестии может помочь учёным понять, как эволюционировала Луна и другие землеподобные миры.
Конечно, делу поможет и сбор большего количества проб, особенно из мантий обеих тел, поскольку у геохимиков тогда будет больше данных для работы. Они смогут сказать, сохраняется ли содержание кислорода, хранящегося в глубинах Земли, с глубиной, или три распространённых изотопа кислорода преобладают друг над другом в разных областях.
«Когда мы говорим, что Земля и Луна очень похожи по содержанию трёх изотопов кислорода, мы делаем предположение, что нам на самом деле известно, что такое Земля и что такое Луна», – говорит Стивенсон.
Новые детали в теории происхождения Солнечной системы, часто основанные на сложных компьютерных симуляциях, помогают разобраться в том, где рождались планеты и куда они переместились. Учёные всё чаще говорят о том, что Марс эту историю нам не расскажет, поскольку он мог сформироваться не в той же части Солнечной системы, где появились Земля, энстатиты и Тея. Стивенсон говорит, что Марс больше не нужно использовать в качестве барометра каменистых планет.
Специалисты по Луне соглашаются, что наилучшие ответы могут найтись на Венере, планете, более других похожей на Землю. В молодости у неё могла быть Луна, потерявшаяся потом; она могла быть очень похожей на Землю, или непохожей. «Если бы мы смогли получить камешек с Венеры, нам было бы очень просто ответить на вопрос происхождения Луны. Но, к сожалению, этого нет ни у кого в списке приоритетов», – говорит Лок.
Отсутствие проб с Венеры и лабораторий, способных проверить невообразимые давления и температуры в центре столкновений, оставляет специалистов по Луне придумывать новые модели – и пересматривать изначальную историю Луны.
|
Несколько слов из истории проблемы
Из планет внутренней части Солнечной системы, которые включают Меркурий, Венеру, Землю и Марс только Земля имеет массивный спутник – Луну. Спутники есть также у Марса: Фобос и Деймос, но это небольшие тела неправильной формы. Больший из них, Фобос, в максимальном измерении всего 20 км, в то время как диаметр Луны 3560 км.
Луна и Земля обладают разной плотностью. Это вызвано не только тем, что Земля имеет большие размеры и, следовательно, ее недра находятся под б?льшим давлением. Средняя плотность Земли, приведенная к нормальному давлению (1 атм) – 4.45 г/см 3 , плотность Луны – 3.3 г/см 3 . Различие обусловлено тем, что Земля содержит массивное железо-никелиевое ядро (с примесью легких элементов), в котором сосредоточено 32% массы Земли. Размер ядра Луны остается невыясненным. Но с учетом низкой плотности Луны и ограничения, налагаемого величиной момента инерции (0.3931) Луна не может содержать ядро, превосходящее 5% ее массы. Наиболее вероятным, исходя из интерпретации геофизических данных, считается интервал 1–3%, то есть радиус лунного ядра составляет 250–450 км.
К середине прошлого века сформировалось несколько гипотез происхождения Луны: отделение Луны от Земли; случайный захват Луны на околоземную орбиту; коаккреция Луны и Земли из роя твердых тел. Эта проблема до недавнего времени решалась специалистами в области небесной механики, астрономии и планетофизики. Геологи и геохимики в ней участия не принимали, поскольку о составе Луны до начала ее изучения космическими аппаратами ничего не было известно.
Уже в 30 гг. прошлого столетия было показано, что гипотеза отрыва Луны от Земли, выдвигавшаяся, кстати, Дж. Дарвиным, сыном Ч. Дарвина, несостоятельна. Суммарный вращательный момент Земли и Луны недостаточен для возникновения даже в жидкой Земле ротационной неустойчивости (потеря вещества под действием центробежной силы).
В 60-е гг. специалисты в области небесной механики пришли к выводу, что захват Луны на околоземную орбиту – крайне маловероятное событие. Оставалась гипотеза коаккреции, которая была разработана отечественными исследователями, учениками О.Ю. Шмидта В.С. Сафроновым и Е.Л. Рускол. Ее слабая сторона – неспособность объяснить разную плотность Луны и Земли. Изобретались хитроумные, но малоправдоподобные сценарии того, как Луна могла бы потерять избыточное железо. Когда стали известны детали химического строения и состава Луны, эта гипотеза была окончательно отвергнута. Как раз в середине 1970-х гг. появился новый сценарий образования Луны. Американские ученые А.Камерон и В. Уорд и одновременно В. Хартман и Д. Дэвис в 1975 г. предложили гипотезу образования Луны в результате катастрофического столкновения с Землей крупного космического тела, размером с Марс (гипотеза мегаимпакта). В результате огромная масса земной материи и частично материала ударника (небесного тела, столкнувшегося с Землей) расплавилась и была выброшена на околоземную орбиту. Этот материал быстро аккумулировался в компактное тело, которое стало Луной. Несмотря на кажущуюся экзотичность эта гипотеза стала общепринятой, поскольку она предлагала простое решение целого ряда проблем. Как показало компьютерное моделирование, с динамической точки зрения, столкновительный сценарий вполне осуществим. Сверх того, он дает объяснение повышенному значению углового момента системы Земля – Луна, наклону оси Земли. Легко объясняется и более низкое содержание железа в Луне, так как предполагается, что катастрофическое столкновение произошло после образования ядра Земли. Железо оказалось в основном сконцентрированным в ядре Земли, а Луна образовалась из каменного вещества земной мантии.
Рис. 1 – Столкновение Земли с небесным телом размером примерно с Марс, в результате которого произошел выброс расплавленного вещества, образовавшего Луну (гипотеза мегаимпакта).
Рисунок В.Е. Куликовского.
К середине 1970-х гг., когда на Землю доставили образцы лунного грунта, достаточно хорошо были изучены геохимические свойства Луны, и она по ряду параметров действительно показывала неплохое сходство с составом земной мантии. Поэтому такие видные геохимики, как А. Рингвуд (Австралия) и Х. Венке (Германия), поддержали гипотезу мегаимпакта. Вообще, проблема происхождения Луны из разряда астрономических перешла скорее в разряд геолого-геохимических, так как именно геохимические аргументы стали решающими в системе доказательств той или иной версии образования Луны. Эти версии различались лишь в деталях: относительные размеры Земли и ударника, каков был возраст Земли, когда произошло столкновение. Сама же ударная концепция считалась незыблемой. Между тем некоторые подробности геохимического анализа ставят под сомнение гипотезу в целом.
Проблема «летучих» и изотопного фракционирования
Вопрос дефицита железа на Луне играл решающую роль при обсуждении происхождения Луны. Другая фундаментальная проблема – сверхобедненность естественного спутника Земли летучими элементами – оставалась в тени.
Луна содержит во много раз меньше K, Na и других летучих элементов по сравнению с углистыми хондритами. Состав углистых хондритов рассматривается как наиболее близкий к первоначальному космическому веществу, из которого формировались тела Солнечной системы. В качестве «летучих» мы привычно воспринимаем соединения углерода, азота, серы и воду, которые легко испаряются при прогреве до температуры 100–200 о С. При температурах 300–500 о С, в особенности в условиях низких давлений, например, при соприкосновении с космическим вакуумом, летучесть свойственна элементам, которые мы обычно наблюдаем в составе твердых веществ. Земля тоже содержит мало летучих элементов, но Луна заметно обеднена ими даже по сравнению с Землей.
Казалось бы в этом нет ничего удивительного. Ведь в соответствии с ударной гипотезой предполагается, что Луна образовалась в результате выброса расплавленного вещества на околоземную орбиту. Понятно, что при этом часть вещества могла испариться. Все бы хорошо объяснялось, если бы не одна деталь. Дело в том, что при испарении происходит явление, называемое фракционированием изотопов. Например, углерод состоит из двух изотопов 12 С и 13 С, кислород имеет три изотопа – 16 О, 17 О и 18 О, элемент Mg содержит стабильные изотопы 24 Mg и 26 Mg и т.д. При испарении легкий изотоп опережает тяжелый, поэтому остаточное вещество должно обогатиться тяжелым изотопом того элемента, который был утрачен. Американский ученый Р. Клейтон с сотрудниками показал экспериментально, что при наблюдаемой потере калия Луной отношение 41 K/ 39 K должно было бы измениться в ней на 60‰ . При испарении 40% расплава изотопное отношение магния (26 Mg/ 24 Mg) изменилось бы на 11–13‰, а кремния (30 Si/ 28 Si) – на 8–10‰. Это очень большие сдвиги, если учесть, что современная точность измерения изотопного состава этих элементов не хуже 0.5‰. Между тем никакого сдвига изотопного состава, то есть каких-либо следов изотопного фракционирования летучих в лунном веществе не обнаружено.
Возникла драматическая ситуация. С одной стороны импактная гипотеза была провозглашена незыблемой, особенно в американской научной литературе, с другой – она не совмещалась с изотопными данными.
Р. Клейтон (1995 г.) отмечал: «Эти изотопные данные несовместимы почти со всеми предложенными механизмами обеднения летучими элементами путем испарения конденсированного вещества». Х. Джонс и Х. Палме (2000 г.) заключили, что «испарение не может рассматриваться в качестве механизма, приводящего к обеднению летучими из-за неустранимого изотопного фракционирования».
Модель образования Луны
Десять лет назад я выдвинул гипотезу, смысл которой состоял в том, что Луна сформировалась не вследствие катастрофического удара, а как двойная система одновременно с Землей в результате фрагментации облака пылевых частиц. Так образуются двойные звезды. Железо, которым Луна обеднена, было утрачено вместе с другими летучими в результате испарения.
Рис. 2 – Формирование Земли и Луны из общего пылевого диска в соответствии с гипотезой автора о происхождении Земли и Луны как двойной системы.
Но может ли в действительности возникнуть такая фрагментация при тех значениях массы, углового момента и прочего, которые имеет система Земля – Луна? Это оставалось неизвестным. Несколько исследователей объединились в группу для изучения этой проблемы. В нее вошли известные специалисты в области космической баллистики: академик Т.М. Энеев, еще в 70-е г.г. исследовавший возможность аккумуляции планетных тел путем объединения пылевых сгущений; известный математик академик В.П. Мясников (к сожалению, уже ушедший из жизни); крупный специалист в области газодинамики и суперкомпьютеров член-корреспондент РАН А.В. Забродин; доктор физико-математических наук М.С. Легкоступов; доктор химических наук Ю.И. Сидоров. Позже к нам присоединился доктор физико-математических наук, специалист в области компьютерного моделирования А.М. Кривцов из Санкт-Петербурга, внесший существенный вклад в решение проблемы. Наши усилия были направлены на решение динамической задачи образования Луны и Земли.
Однако идея утраты Луной железа в результате испарения, казалось бы, находилась в таком же противоречии с отсутствием следов изотопного фракционирования на Луне, как и импактная гипотеза. На самом деле здесь наблюдалось замечательное различие. Дело в том, что изотопное фракционирование происходит, когда изотопы необратимо покидают поверхность расплава. Тогда, вследствие большей подвижности легкого изотопа возникает кинетический изотопный эффект (приведенные выше величины изотопных сдвигов обусловлены именно этим эффектом). Но, возможна другая ситуация, когда испарение происходит в закрытой системе. В этом случае испарившаяся молекула может вновь вернуться в расплав. Тогда устанавливается некоторое равновесие между расплавом и паром. Понятно, что более летучие компоненты накапливаются в паровой фазе. Но вследствие того, что существует как прямой, так и обратный переход молекул между паром и расплавом изотопный эффект оказывается очень небольшим. Это –термодинамический изотопный эффект. При повышенных температурах он может быть пренебрежимо мал. Идея закрытой системы неприменима к расплаву, выброшенному на околоземную орбиту и испаряющемуся в космическое пространство. Но она вполне соответствует процессу, протекающему в облаке частиц. Испаряющиеся частицы окружены своим паром, и облако в целом находится в условиях закрытой системы.
Рис. 3 – Кинетический и термодинамический изотопные эффекты: а) кинетический изотопный эффект при испарении расплава приводит к обогащению пара легкими изотопами летучих элементов, а расплава – тяжелыми изотопами; б) термодинамический изотопный эффект, возникающий при равновесии между жидкостью и паром. Он может быть пренебрежимо мал при повышенных температурах; в) закрытая система частиц, окруженных своим паром. Испарившиеся частицы могут вновь возвращаться в расплав.
Предположим теперь, что облако сжимается в результате гравитации. Происходит его коллапс. Тогда перешедшая в пар часть вещества выжимается из облака, а оставшиеся частицы оказываются обедненными летучими. При этом фракционирования изотопов почти не наблюдается!
Было рассмотрено несколько версий решения динамической задачи. Наиболее удачной оказалась модель динамики частиц (вариант модели молекулярной динамики), предложенная А.М. Кривцовым.
Представим, что имеется облако частиц, каждая из которых движется в соответствии с уравнением второго закона Ньютона, как известно, включающего массу, ускорение и силу, вызывающую движение. Сила взаимодействия между каждой частицей и всеми остальными частицами f включает несколько слагаемых: гравитационное взаимодействие, упругую силу, действующую при соударении частиц (проявляется на очень малых расстояниях), и неупругую часть взаимодействия, в результате которого энергия столкновения переходит в тепло.
Необходимо было принять определенные начальные условия. Решение проводилось для облака частиц, имеющего массу системы Земля – Луна, и обладающего угловым моментом, характеризующим систему этих тел. На самом деле данные параметры для первоначального облака могли несколько отличаться как в большую, так и в меньшую сторону. Исходя из удобства компьютерного расчета, рассматривалась двумерная модель – диск c неравномерно распределенной поверхностной плотностью. С целью описать поведение реально трехмерного объекта в параметрах двумерной модели вводились критерии подобия при помощи безразмерных коэффициентов. Еще одно условие: нужно было приписать частице помимо угловой некую хаотическую скорость. Математические выкладки и некоторые другие технические подробности здесь можно опустить.
Компьютерный расчет модели, основанной на приведенных принципах и условиях, хорошо описывает коллапс облака частиц. При этом формировалось центральное тело повышенной температуры. Однако не было главного. Не происходила фрагментация облака частиц, то есть возникало одно тело, а не двойная система Земля – Луна. Вообще говоря, в этом ничего неожиданного не было. Как уже упоминалось, попытки смоделировать образование Луны путем отрыва от быстро вращающейся Земли и ранее оказывались безуспешными. Угловой момент системы Земля-Луна был недостаточен для разделения общего тела на два фрагмента. То же получилось и с облаком частиц.
Однако ситуация коренным образом изменилась, когда приняли во внимание явление испарения.
Процесс испарения с поверхности частицы вызывает эффект отталкивания. Сила этого отталкивания обратно пропорциональна квадрату расстояния от испаряющейся частицы:
где λ – коэффициент пропорциональности, учитывающий величину потока, испаряющегося с поверхности частицы; m – масса частицы.
Структура формулы, характеризующей газодинамическое отталкивание, выглядит аналогично выражению для гравитационной силы, если вместо λ подставить γ - гравитационную постоянную. Строго говоря, полного подобия этих сил нет, так как гравитационное взаимодействие является дальнодействующим, а отталкивающая сила испарения – локальной. Тем не менее, в первом приближении их можно объединить:
Отсюда получается некая эффективная постоянная γ", меньшая, чем γ.
Ясно, что уменьшение коэффициента γ приведет к появлению ротационной неустойчивости при меньших значениях углового момента. Вопрос в том, каков должен быть поток испарения, чтобы требования к начальной угловой скорости облака снизились настолько, чтобы реальный угловой момент системы Земля – Луна, оказался достаточным для появления фрагментации.
Выполненные оценки показали, что поток должен быть совсем небольшим и вписываться во вполне правдоподобные значения времени и массы. А именно, для хондр (сферических частиц, из которых состоят метеориты хондриты) размером примерно 1мм, с температурой порядка 1000 К и плотностью ~ 2 г/см 3 , поток должен составлять величину примерно 10–13 кг/м 2 с. В этом случае уменьшение массы испаряющейся частицы на 40% займет время порядка (3 - 7) 10 4 лет, что согласуется с возможным порядком 10 5 лет для временной шкалы начальной аккумуляции планетных тел. Компьютерное моделирование с использованием реальных параметров отчетливо показало появление ротационной неустойчивости, завершающейся формированием двух нагретых тел, одному из которых предстоит стать Землей, а другому – Луной.
Рис. 4 – Компьютерная модель коллапса облака испаряющихся частиц. Показаны последовательные фазы фрагментации облака (а – г) и образования двойной системы (д – е). В расчете использовались реальные параметры, характеризующие систему Земля – Луна: кинетический момент K = 3.45 10 34 кг м 2 с –1 ; общая масса Земли и Луны M = 6.05 10 24 кг, радиус твердого тела с общей массой Земли и Луны Rc = 6.41 10 6 м; гравитационная постоянная
"гамма" = 6.67 10 –11 кг –1 м 3 с –2 ; начальный радиус облака R0 = 5.51 Rc; число расчетных частиц N = 10 4 , значение потока испарения 10 –13 кг м –2 с –1 , отвечающее приблизительно 40% испарению массы частиц с размером хондры порядка 1 мм в течение 10 4 – 10 5 лет. Рост температуры условно показан изменением цвета от синего к красному.
Таким образом, предложенная динамическая модель объясняет возможность возникновения двойной системы Земля – Луна. При этом испарение приводит к утрате летучих элементов в условиях практически закрытой системы, обеспечивающей отсутствие заметного изотопного эффекта.
Проблема дефицита железа
Объяснение дефицита железа на Луне по сравнению с Землей (и первичным космическим веществом – углистыми хондритами) в свое время стало наиболее убедительным аргументом в пользу импактной гипотезы. Правда и здесь у импактной гипотезы имеются трудности. Действительно, Луна содержит меньше железа, чем Земля, но больше, чем земная мантия, из которой, как считается, она образовалась. Возможно, Луна унаследовала дополнительно железо ударника. Но тогда она должна быть обогащена не только железом относительно земной мантии, но и сидерофильными элементами (W, P, Mo, Co, Cd, Ni, Pt, Re, Os и др.), сопровождающими железо. В расплавах железо-силикат они присоединяются к железной фазе. Между тем Луна обеднена сидерофильными элементами, хотя в ней больше железа, чем в земной мантии. В последних моделях, чтобы согласовать ударную гипотезу с наблюдениями, все больше увеличивают массу ударника, столкнувшегося с Землей, и делается вывод о его преобладающем вкладе в состав вещества Луны. Но здесь возникает новое осложнение для импактной гипотезы. Вещество Луны, как следует из изотопных данных, строго родственно веществу Земли. Действительно, изотопные составы образцов Луны и Земли лежат на одной линии в координатах δ 18 О и δ 17 О (отношение изотопов кислорода 17 O и 18 O к 16 O). Так ведут себя образцы, принадлежащие одному и тому же космическому телу. Образцы других космических тел занимают другие линии. До тех пор, пока Луна считалась образовавшейся из вещества мантии, совпадение изотопных характеристик свидетельствовало в пользу этой гипотезы. Однако, если вещество Луны в существенной мере образовано из вещества неизвестного небесного тела, совпадение изотопных характеристик уже не поддерживает ударную гипотезу.
Рис. 5 – Сравнительное содержание железа (Fe) и окиси железа (FeO) в Земле и Луне.
Рис. 6 – Диаграмма отношений изотопов кислорода δ 17 О и δ 18 О (δ 17 О и δ 18 О – величины, характеризующие сдвиги изотопных отношений кислорода 17 О/ 16 О и 18 О/ 16 О, относительно принятого стандарта SMOW). На этой диаграмме образцы Луны и Земли ложатся на общую линию фракционирования, что указывает на генетическое родство их состава.
Сверхобедненность Луны летучими элементами и роль испарения в динамике формирования системы Земля – Луна позволяют совершенно иначе истолковать проблемы дефицита железа.
На основании нашей модели предстоит выяснить, как возникает обедненность Луны железом, и почему Луна обеднена железом, а Земля – нет, при том, что в результате фрагментации возникают два аналогичных по условиям образования тела.
Лабораторные эксперименты показали, что железо – тоже относительно летучий элемент. Если испарять расплав, который имеет первичный хондритовый состав, то после испарения наиболее легколетучих компонентов (соединений углерода, серы и ряда других) начнут испаряться щелочные элементы (K, Na), а затем наступит очередь железа. Дальнейшее испарение приведет к улетучиванию Si, за ним Mg. В конечном счете расплав обогатится наиболее трудно летучими элементами Al, Ca, Ti. Перечисленные вещества относятся к числу породообразующих элементов. Они входят в состав минералов, слагающих основную массу (99%) пород. Другие элементы образуют примеси и второстепенные минералы.
Рис. 7 – После образования двух горячих зародышей (красные пятна), значительная часть более холодного (зеленый и синий цвет) материала исходного облака частиц остается в окружающем пространстве (размеры частиц увеличены).
Примечание: Ядро Земли (учтена его масса, составляющая 32% массы планеты) содержит, помимо железа никель и другие сидерофильные элементы, а также до 10% примеси легких элементов. Это могут быть кислород, сера, кремний, с меньшей вероятностью - примеси других элементов. Данные для Луны взяты по С. Тейлору (1979). Оценки состава Луны сильно варьируют у разных авторов. Нам представляется, что оценки С. Тейлора наиболее обоснованы (Галимов, 2004).
Луна обеднена Fe и обогащена трудно летучими элементами: Al, Ca, Ti. Более высокое содержание Si и Mg в составе Луны – это иллюзия, вызванная дефицитом железа. Если утрата летучих обусловлена процессом испарения, то содержание только наиболее трудно летучих элементов останется неизменным по отношению к исходному составу. Поэтому, чтобы производить сравнение между хондритами (CI), Землей и Луной, следует отнести все концентрации к элементу, содержание которого предполагается неизменным.
Тогда отчетливо выявляется обедненность Луны не только железом, но и кремнием и магнием. Исходя из экспериментальных данных, этого следовало ожидать при существенной потере железа в процессе испарения.
А. Хашимото (1983) подвергал испарению расплав, который изначально имел хондритовый состав. Анализ его эксперимента обнаруживает, что при 40% испарения, остаточный расплав приобретает состав, почти аналогичный лунному. Таким образом, состав Луны, в том числе наблюдаемый дефицит железа, могут быть получены при образовании спутника Земли из первичного хондритового вещества. И тогда нет необходимости в гипотезе катастрофического удара.
Асимметрия роста зародышей Земли и Луны
Остается второй из заданных выше вопросов – почему Земля не обеднена железом, а также кремнием и магнием в той же степени, что и Луна. Ответ на него потребовал решения еще одной компьютерной задачи. Прежде всего, отметим, что после фрагментации и образования в коллапсирующем облаке двух горячих тел, остается большое количество вещества в окружающем их облаке частиц. Окружающая масса вещества остается холодной по сравнению с относительно высокотемпературными консолидированными зародышами.
Рис. 8 – Компьютерное моделирование показывает, что больший из образовавшихся зародышей (красный цвет) развивается гораздо быстрее и аккумулирует большую часть оставшегося исходного облака частиц (синий цвет).
Первоначально оба фрагмента, как тот, которому предстояло стать Луной, так и тот, которому предстояло стать Землей, были обеднены летучими и железом практически в одинаковой степени. Однако компьютерное моделирование показало, что если один из фрагментов оказался (случайно) несколько большей массы, чем другой, то дальнейшая аккумуляция вещества протекает крайне асимметрично. Зародыш большего размера растет гораздо быстрее. С увеличением разницы в размерах лавинообразно возрастает различие скоростей аккумуляции вещества из оставшейся части облака. В результате зародыш меньшего размера лишь немного изменяет свой состав, в то время как зародыш большего размера (будущая Земля), аккумулирует практически все первичное вещество облака и в конечном счете приобретает состав, весьма близкий к составу первичного хондритового вещества, за исключением наиболее летучих компонентов, безвозвратно покидающих коллапсирующее облако. Заметим еще раз, что утрата летучих элементов в этом случае происходит не за счет испарения в пространстве, а за счет выжимания остаточного пара коллапсирующим облаком.
Таким образом, предложенная модель объясняет сверхобедненность Луны летучими и дефицит железа в ней. Главная особенность модели –введение в рассмотрение фактора испарения, причем в условиях, исключающих или сводящих к малым величинам фракционирование изотопов. Этим преодолевается фундаментальная трудность, с которой сталкивается гипотеза мегаимпакта. Фактор испарения впервые позволил получить математическое решение развития двойной системы Земля – Луна при реальных физических параметрах. Нам представляется, что предложенная нами новая концепция происхождения Луны из первичного вещества, а не из мантии Земли, лучше согласуется с фактами, чем американская гипотеза мегаимпакта.
Предстоящие задачи
Хотя ответы на многие вопросы были получены, еще немало их остается, и встает новая крупная проблема. Она состоит в следующем. Мы в своих расчетах исходили из того, что Земля и Луна, по крайней мере их зародыши размером 2–3 тыс. км, возникли из облака частиц. Между тем существующая теория аккумуляции планет описывает образование планетных тел как результат соударения твердых тел (планетезималей) сначала метрового, потом километрового, стокилометрового и т.д. размеров. Следовательно, наша модель требует, чтобы в течение ранней стадии развития протопланетного диска в нем возникали и росли до почти планетарной массы крупные сгущения пыли, а не ансамбль твердых тел. Если это действительно так, то речь идет не только о модели происхождения системы Земля – Луна, но и о необходимости пересмотра теории аккумуляции планет в целом.
Остаются вопросы, касающиеся следующих аспектов гипотезы:
- необходим более детальный расчет температурного профиля в коллапсирующем облаке, совмещенный с термодинамическим анализом распределения элементов в системе частица – пар на разных уровнях этого профиля (пока это не сделано, модель остается скорее качественной гипотезой);
- следует получить более строгое выражение для газодинамического отталкивания с учетом локального характера действия этой силы в отличие от гравитационного взаимодействия.
- в модели оставлен в стороне вопрос о влиянии Солнца, произвольно выбран радиус диска и не рассмотрено деформирующее влияние столкновения сгущений при формировании диска.
- для получения более строгого решения важно было бы перейти к трехмерной постановке задачи и увеличить число модельных частиц;
- необходимо рассмотреть случаи формирования двойной системы из протодиска меньшей массы, чем суммарная масса Земли и Луны, так как вполне вероятно, что процесс аккумуляции происходил в две стадии – на ранней стадии – коллапс пылевого сгущения с образованием двойной системы, а на поздней стадии – дополнительный рост за счет соударения образовавшихся к тому времени в Солнечной системе твердых тел;
- в динамической части нашей модели остается не разработанным вопрос о причине высокого значения начального момента вращения системы Земля – Луна и заметного наклона оси Земли к плоскости эклиптики, в то время как гипотеза мегаимпакта такое решение предлагает.
Ответы на эти вопросы в значительной мере зависят от общего решения упомянутой выше проблемы эволюции сгущений в протопланетном вокругсолнечном газопылевом диске.
Наконец, следует иметь в виду, что наша гипотеза предполагает некоторые элементы гетерогенной аккреции (послойное формирование небесного тела), правда в смысле, противоположном принятому. Сторонники гетерогенной аккреции предполагали, что у планет сначала тем или иным способом образуется железное ядро, а затем уже нарастает преимущественно силикатная оболочка мантии. В нашей модели первоначально возникает зародыш, обедненный железом, и лишь последующая аккумуляция приносит обогащенный железом материал. Понятно, это существенным образом видоизменяет процесс формирования ядра и связанные с ним условия фракционирования сидерофильных элементов, и другие геохимические параметры. Таким образом, предложенная концепция открывает новые аспекты исследования в динамике формирования солнечной системы и в геохимии.
Мы уже привыкли к тому, что видим на небе Луну. Большинство людей считает, что она существовала со времен появления Земли как наш постоянный спутник, но мнение ученых, а также некоторые факты заставляют задуматься насчет этой теории?
Всегда ли на самом деле была Луна как наш естественный спутник или может она появилась потом? Может ее вообще построили?
Впервые о теории искусственной Луны я прочитал еще в детстве в журнале «наука и жизнь». Когда появился Интернет стало проще. Эту теории развили и много раз «круто» обосновывали наши советские ученые.
В 1968 году появляется статья в газете "Комсомольская правда", далее в журнале "Советский Союз", далее весьма серьёзное исследование и научная книга М.В. Васильева "Векторы будущего" (М., 1971). Работы ученых Хвастунова и Щербакова, серия статей в «Науке и Жизни». Это вообще была весьма серьезная теория, которая лишь чуть-чуть не «дотягивала» до официального признания в СССР и у американцев.
Так, в 1969 году, прежде чем первый астронавт Нил Армстронг опустился на Луну, на ее поверхность были сброшены использованные топливные емкости беспилотных кораблей, совершавших разведывательные полеты. Тогда здесь был оставлен и сейсмограф. Вскоре этот прибор начал передавать в Хьюстон информацию о колебаниях лунной коры.
Оказалось, что удар 12-тонного груза о поверхность нашего спутника вызвал локальное "лунотрясение". Многие астрофизики предположили, что под скалистой поверхностью находилась металлическая скорлупа, окружающая ядро Луны. Анализируя скорость распространения сейсмоволн в этой якобы металлической скорлупе, ученые вычислили, что ее верхняя граница расположена на глубине около 70 километров, а сама скорлупа имеет приблизительно такую же толщину.
Тогда один из астрофизиков утверждал, что внутри Луны может находиться огромное, почти пустое пространство объемом 73,5 миллиона кубических километров.
Так появились научные факты, что Луна полая. Но что еще более интересно, так это то, что существует множество свидетельств и фотографий механизмов на Луне, которые поддерживают ее работу. Тщательные проверки этих фотографий неоднократно подтвердили их подлинность.
И это только официальная наука! А есть еще и теософия, оккультные науки…
Если мы посмотрим как изображали Луну в древности, то загадки только добавятся. Луну изображали пустой с Богами внутри нее. Сомневаюсь, что тогда у людей было представление о том, что такое космический корабль, а потому изображали так, как это понимали в рамках своих представлений о мире.
Исходя из имеющейся информации можно утверждать, что в солнечной системе были катастрофы планетарного масштаба, одна из которых «перестроила» солнечную систему.
Возможно так, Венера потеряла спутник Меркурий, а Земля что-то приобрела? Например, Луну?
Ведь судя по уцелевшим данным до великого потопа (который мог возникнуть как раз после планетарной катастрофы) Луны в далекой древности на небе не было!
Но если Луна это не искусственное тело, то как можно объяснить следующие факты:
1. Неправдоподобная кривизна поверхности Луны
2. Лунные кратеры не глубже 4-х км, хотя по силе удара метеориты должны были доходить до 50 км., а значит поверхность весьма прочная.
3. Географическая асимметрия. Расположение «лунных морей». 80% из них находится на видимой стороне Луны в то время как «темная» сторона Луны имеет гораздо больше кратеров, гор и элементов рельефа.
4. Притяжение на поверхности луны не является однородным
5. Плотность нашего спутника составляет 60% от плотности Земли. Данный факт вместе с различными исследованиями доказывает что Луна - это полый объект.
Возникает вопрос. Если Луна искусственная, но зачем тогда её построили?
Все расстояния между планетами в нашей солнечной системе подчиняются правилу Тициуса - Боде и рассчитываются по формуле в результате которой получается следующая таблица:
При этом получается, что по формуле после Марса должна быть еще одна планета, но по факту ее там нет, а есть только пояс астероидов. Так появилась очень правдоподобная теория о планете Фаэтон, которая когда-то существовала между Марсом и Юпитером, но потом была разрушена в результате трагедии космического масштаба.
Вероятно однажды было сильнейшее столкновение планеты (условно буду называть ее фаэтон) и другого космического тела, в результате которого от планеты остался лишь пояс астероидов, ближайший сосед – Марс лишился атмосферы (Ученые пришли к выводу, что когда-то Марс был теплой, влажной и кислородной планетой) и «замерз» (на Марсе в древности была вода, пригодная для живых организмов, да и сейчас вода была также обнаружена)
В учебнике в разделе «образование солнечных систем» сказано:
«Очевидно, во время космической катастрофы, которая произошла в результате столкновения двух больших космических тел, образовалось огромное количество обломков, разлетающихся с места катастрофы в разные стороны. Видимо, планеты в это время были расположены на орбите так, что ближе всех к месту катастрофы оказался Сатурн, который и принял на себя большую часть обломков. Кое-что досталось при этом и Юпитеру с Ураном (в зависимости от их положения в это время на орбите).»
Наверняка досталось и Земле, учитывая, что она расположена перед Марсом. Уж не поэтому ли получился всемирный потоп, о котором слагают легенды? Можно не верить тому, что написано в библии, но, оказывается упоминания о великом потопе встречаются во множестве культур. В том числе, согласно исследованиям Дж. Дж. Фрэзера, обнаружены следы сказаний с подобным сюжетом в: Вавилонии, Палестине, Сирии, Армении, Фригии, Индии, Бирме, Вьетнаме, Китае, Австралии, Индонезии, Филиппинах, Андаманских островах, Тайване, Камчатке, Новой Гвинее, островах Меланезии, Микронезии и Полинезии. Люди в разных местах, даже те люди, которые ни разу в жизни не видели океана, сохраняют истории из поколения в поколение, которые говорят о всемирном потопе. Что это? Неужели совпадение?
Но есть и научные, геологические подтверждения этому событию. Доктор геологии Терри Мортенсон говорит:
1. Мы видим ископаемые останки морских животных на самых высоких горах. В Гималаях, в Андах, В скалистых горах. Везде есть отпечатки раковин. Как они попали туда? И Как они оказались на верхушках самых высоких гор?
2. Массивные отложения осадочных пород. Мы видим это особенно ярко в большом каньоне на западе США. По всему лицу земли мы видим эти осадочные отложения. Они очень толстые, обширные и иногда растягиваются на десятки тысяч квадратных километров. Все это указывает на то, что осадки выпадали на очень большой территории в одно время.
3. Мы видим эрозию в определенных слоях почвы, которая проходила гораздо интенсивнее чем сейчас. На всей поверхности земли мы видим следы эрозии. Обрывы, долины. Однако, когда мы смотрим на слои геологических пород, то они похожи на стопку блинов. Между этими слоями отсутствуют следы эрозии…
Иными словами потоп был и вполне возможно, что его причинами стала катастрофа, разрушившая Фаетон. Но даже если удастся стопроцентно доказать, что Луна сделана искусственно мы не ответим на вопрос: «Зачем надо было делать столь грандиозное сооружение?». А вот поразмышлять на эту тему можно!
Рассмотрим наиболее возможные варианты появления Луны:
1) Она сформировалась изначально с Землей. Но если Луна и Земля формировались вместе, одновременно со всей Солнечной системой, у Луны так же, как и у Земли, должно быть больше железного ядра;
2) Это один из осколков разрушенной планеты, который «притянула» Земля, но Земное притяжение не способно притянуть и удержать столь большое тело как у Луны. Или Земля столкнулась под углом 23 градуса с чем-то по размерам сопоставимым с Марсом. Так или иначе в результате столкновения мы получили Луну, Правда каким-то непостижимым образом она стала полой;
3) Если использовать принцип аналогии, то на ум приходит балансировка колеса. Допустим у Вас есть новые диски на колеса, которые идеально сбалансированы, но тут на вашем пути встречается яма! Удар и вот мы имеем погнутый диск, центр тяжести у которого смещен. Даже для колеса (14 дюймов) дисбаланс всего в 20 граммов при скорости движения автомобиля 100 км/ч, по нагрузкам эквивалентен ударам кувалды весом 3кг, ударяющей по колесу (взял из справочников по авторемонту) , а что тогда говорить о планете?
Для выравнивания центра тяжести колеса используют специальный грузик из свинца или цинка, который прикрепляется на колесо, добавляя вес.
А почему бы для равновесия движения планет не использовать тот же принцип?
Случилась катастрофа, сместились орбиты некоторых планет. Для выравнивания орбит у Венеры убрали Меркурий, а Земле добавили Луну так же как делают балансировку колес, но только в космических масштабах.
Кто-то (а стало быть этот кто-то есть и по технологиям и разуму явно превосходит людей) специально подобрал ее вес и разместил именно там, где она нужна для нормального движении Земли, ведь стоит убрать Луну и Земля начнет вращаться в произвольных плоскостях, она потеряет стабильность, кроме того вероятно сместиться ее орбита.
Кто-то специально построил Луну в качестве «грузика» для выравнивания орбиты Земли и более того до сих пор контролирует ее положение (чтобы ничего не сбилось), удерживает от вращения (Луна всегда повернута одной стороной к Земле) и т.д.
Можно найти множество документального видео в интернет про постоянные полеты НЛО как на самой Луне, так и в различных направлениях от и к Луне
Кто-то постоянно улетает с Луны, затем прилетает на нее, влетая внутрь кратеров. Неизвестные строения и конструкции, обнаруженные на нашем спутнике больше напоминают детали механизма, чем естественные формирования.
Существует еще одна теория (якобы идущая из Арийских Вед) , то в свое время у Земли было три спутника, но потом из-за войны два взорвали и осталась только лишь Луна, какой мы её знаем. Данная версия широко обсуждается на просторах интернета. Сторонникам данной версии хотелось бы сказать следующее:
1) Всегда надо проверять источники информации. Если на библию еще можно сослаться как на исторический документ, который написал достаточно давно, но когда были написаны веды неизвестно. Вообще само существование арийских вед штука загадочная, а источник мягко говоря сомнителен. Впервые опубликованные лидером секты староверов А.Хиневичем в 1990 году и переведенные им лично с языка, который знает только он. В последствии, сюда присоединился Трехлебов и небезызвестный гуру мистицизма Левашов.
2) Взрыв спутника типа Луны в непосредственной близости от планеты по идее должен вызвать куда худшие последствия, чем глобальный потоп
3) где осколки от взорванных 2-х Лун летающие в космосе? Или же их все притянула Земля?
Ну, а вам какая версия больше нравится?
> > > Как образовалась Луна
Узнайте, как появилась Луна – единственный спутник Земли. Описание теорий создания Луны с фото: захват, масштабный удар и одновременное появление с Землей.
После того, как наша звезда Солнце пролила свет, начали формироваться планеты. А вот Луна решила подождать еще несколько миллионов лет. Как же она сформировалась? Есть теории: масштабный удар, одновременное появление и захват. Давайте внимательнее рассмотрим историю Луны.
Теории образования Луны
Масштабный удар
Это главная идея, у которой больше всего сторонников. Земля появилась из пылевого и газового облака. Тогда Солнечная система представляла собою настоящее поле боя, в котором объекты постоянно сталкивались, сливались и меняли орбиту. Один из них попал в Землю, которая как раз только сформировалась.
Ударный объект размером с Марс называют Тейя. При столкновении от нашей планеты отделились куски коры. Гравитация начала притягивать их, пока не образовался целостный объект. Это объясняет, почему Луна создана из более легких элементов, а также обладает меньшей плотностью, чем Земля. Когда материал сконцентрировался вокруг остатков ядра Тейи, то задержался около плоскости земной эклиптики.
Совместное формирование
Планеты и спутник могут формироваться одновременно. То есть, гравитация заставляла кусочки сгущаться и параллельно создавались два объекта. В таком случае, спутник будет обладать похожим с планетой составом и находиться неподалеку. Но Луна все же менее плотная, чего не должно быть, если они появились с одинаковыми тяжелыми элементами в ядре.
Захват
Касательно истории Луны есть мнение, что земная гравитация могла схватить пролетающее мимо тело (так было с марсианскими Фобосом и Деймосом). Скалистое тело могло сформироваться в другом месте нашей системы и втянулось в земную орбиту. Эта теория объясняет различие в составах. Но и здесь есть нестыковки, ведь обычно такие объекты имеют странную форму, а не сферическую. Да и орбитальный путь не встраивается в эклиптику.
Хотя две последние теории объясняют некоторые моменты, но они все же игнорируют множество важных вопросов. Поэтому первое предположение пока является наилучшей моделью появления спутника. Теперь вы больше знаете о том, как появилась Луна.
