За миллиарды лет наша Земля и ее спутник сформировали команду, которая сделала жизнь на Земле возможной. Луна замедлила вращение Земли и продлила дни, она также создает приливы вместе с Солнцем. Что еще Луна делает для Земли?
Стабилизация оси вращения Земли
Если бы Луны не было рядом, на ось вращения Земли могли бы сильно влиять гравитационные силы других планет, и климат мог бы измениться. Луна стабилизирует ось вращения Земли с помощью углового момента.
Чтобы изменить угловой момент движущегося объекта, к нему должна быть приложена значительная сила, называемая "крутящим моментом". Сила должна быть в новом намеченном направлении и достаточно большой, чтобы конкурировать с величиной углового момента. Откуда берется угловой момент в системе Земля-Луна?
Угловой момент Земли
Три фактора приводят к вращательному моменту нашей Земли и ее Луны:
- Вращение Земли вокруг своей оси вращения
- Вращение Луны вокруг своей оси вращения
- Орбитальное движение Луны
Последний фактор является наиболее эффективным, поскольку в четыре раза превышает момент вращения Земли. Это означает, что для изменения оси вращения Земли требуется крутящий момент, достаточно большой, чтобы преодолеть три упомянутых фактора в совокупности. Отсутствие большой Луны могло привести к значительным изменениям климата.
Как образовалась Луна?
Луна не того же возраста, что и Земля, потому что это было бы большое тело, расположенное слишком близко к Земле, и первичное формирование Солнечной системы не могло этого допустить. Они просто объединились бы и образовали большую Землю, без какой-либо Луны. Самые старые породы с Луны датируются примерно 50 миллионами лет после образования Земли.
Нелегко выяснить, как на самом деле сформировалась Луна, поскольку все анализы основаны на наблюдениях и фрагментах свидетельств, собранных спустя миллиарды лет после формирования. Таким образом, существует несколько теорий, лучшая из которых называется гипотезой гигантского удара.
Гипотеза гигантского удара
Основой этой теории является то, что произошло гигантское столкновение между протопланетой размером с Марс, называемой Тейя, и Протоземлей. Тейя распалась на части после удара, и Земля поглотила большую их часть. Однако на Тейе сохранилось небольшое количество материала, которое было немного больше массы Луны. Эта масса была захвачена диском, вращающимся вокруг Земли, и в конечном итоге объединилась в Луну.
Наблюдения, расчеты и компьютерное моделирование пока подтверждают теорию. Это также объясняет состав Луны и ее крошечного железного ядра: твердое железное ядро Тейи слилось с земным, и более легкий материал из мантии обеих планет, содержащий меньше железа, улетел на орбиту. Другой факт заключается в том, что изотопная сигнатура Луны такая же, как и у Земли.
Изотопная сигнатура Луны
Каждая планета в Солнечной системе имеет уникальное соотношение изотопов кислорода, и изотопы Луны чрезвычайно похожи на изотопы Земли. Обычно изотопы кислорода достаточно различны, чтобы помочь нам определить, откуда берутся метеориты. Есть две возможности объяснить это сходство.
Первая теория заключается в том, что Тейя сформировалась так близко к Земле, что они были сделаны из того же материала. Однако это затрудняет объяснение воздействия и всего остального, что произошло. Вторая возможность - это обмен материалом между Землей и образующим Луну диском после столкновения с Тейей, что более логично. Каким бы ни был процесс, Луна сформировалась несравнимо быстро!
Формирование Луны заняло от одного месяца до одного года, в то время как Земле потребовались миллионы лет. Возможно, причина в том, что после удара Луна была достаточно горячей, чтобы образовалась расплавленная кора толщиной от 200 до 300 километров. Это видно по магматической породе, называемой анортозит, которая в основном образует Луну. Как насчет будущего?
Будущее системы Земля-Луна
Луна медленно удаляется от Земли. Однажды, возможно, через 600 миллионов лет, она будет слишком мала, чтобы вызвать полное солнечное затмение. Что, если она окажется слишком далеко, чтобы оказаться вне досягаемости гравитации Земли?
Поскольку вращение Земли замедляется, а один день на Земле равен периоду обращения Луны, действие приливных сил прекратится. Тогда Земля стала бы постоянно выровнена с приливным выступом Луны, показывая Луну только с одной стороны. Это странное явление произойдет по меньшей мере через 50 миллиардов лет, когда Солнце уже станет красным гигантом.
Таким образом, нам не нужно беспокоиться о будущем системы Земля-Луна. Все будет складываться просто замечательно, пока жизнь продолжается.