Почти через 50 лет после того, как человек впервые ступил на Луну, человечество вновь продвигается вперед с попытками высадиться на спутник Земли. Только в этом году Китай высадил роботизированный космический аппарат на дальней стороне Луны, в то время как Индия близка к посадке лунного аппарата, а Израиль продолжает свою миссию по приземлению на поверхность, несмотря на крах своего недавнего предприятия. Тем временем НАСА объявило, что хочет отправить астронавтов на Южный полюс Луны к 2024 году.
Но в то время как эти миссии стремятся расширить наши знания о Луне, мы все еще работаем над ответом на фундаментальный вопрос о ней: как она оказалась там, где находится?
21 июля 1969 года экипаж "Аполлона-11" установил первый набор зеркал для отражения лазеров, нацеленных на Луну с Земли. Последующие эксперименты, проведенные с использованием этих массивов, помогли ученым вычислить расстояние между Землей и Луной за последние 50 лет. Теперь мы знаем, что орбита Луны увеличивается на 3,8 см в год – она отдаляется от Земли.
Приливы и отливы
Приливы и отливы в значительной степени зависят от формы и размеров океанических бассейнов Земли. Когда тектонические плиты Земли перемещаются, геометрия океана меняется, и прилив тоже. Это влияет на отступление Луны, поэтому она кажется меньше на небе.
Детальная математика, описывающая эту эволюцию, была впервые разработана Джорджем Дарвином, сыном великого Чарльза Дарвина, в 1880 году. Но его формула порождает противоположную проблему, когда мы вводим наши современные цифры. Он предсказывает, что Земля и Луна были близки друг к другу всего 1,5 миллиарда лет назад. Формула Дарвина может быть согласована с современными оценками возраста и расстояния Луны только в том случае, если ее типичная недавняя скорость спада уменьшится примерно до одного сантиметра в год.
Подразумевается, что сегодняшние приливы и отливы должны быть аномально большими, вызывая скорость спада в 3,8 см. Причина этих больших приливов заключается в том, что современный Северный Атлантический океан имеет как раз ту ширину и глубину, которые должны быть в резонансе с приливом, поэтому естественный период колебаний близок к периоду прилива, что позволяет им становиться очень большими. Это очень похоже на ребенка на качелях, который движется выше, если его толкнуть в нужное время.
Но вернитесь назад во времени – достаточно нескольких миллионов лет – и Северная Атлантика будет достаточно отличаться по форме, чтобы этот резонанс исчез, и поэтому скорость спада Луны будет медленнее. По мере того как тектоника плит перемещала континенты вокруг своей оси, а замедление вращения Земли меняло продолжительность дней и период приливов, планета то и дело соскальзывала в одно и то же состояние сильного прилива. Но мы не знаем подробностей приливов и отливов в течение длительных периодов времени и, как следствие, не можем сказать, где находилась Луна в далеком прошлом.
Осадочные породы
Одним из самых перспективных подходов к решению этой проблемы является попытка обнаружить циклы Миланковича по физическим и химическим изменениям в древних отложениях. Эти циклы возникают из-за вариаций формы и ориентации земной орбиты, а также вариаций ориентации земной оси. Они породили климатические циклы, такие как ледниковые периоды последних нескольких миллионов лет.
Большинство циклов Миланковича не меняют своих периодов в течение земной истории, но некоторые из них зависят от скорости вращения Земли и расстояния до Луны. Если мы сможем обнаружить и количественно оценить эти конкретные периоды, мы сможем использовать их для оценки длины дня и расстояния между Землей и Луной в то время, когда отложились отложения. До сих пор это было сделано только для одной точки в далеком прошлом. Отложения из Китая предполагают, что 1,4 миллиарда лет назад расстояние между Землей и Луной составляло 341 000 км (в настоящее время оно составляет 384 000 км).
Теперь мы намерены повторить эти расчеты для отложений в сотнях мест, заложенных в разные периоды времени. Это обеспечит надежный и почти непрерывный отчет о лунном спаде за последние несколько миллиардов лет и даст нам лучшее представление о том, как изменялись приливы и отливы в прошлом. Вместе эти взаимосвязанные исследования дадут последовательную картину того, как система Земля-Луна развивалась во времени.
