Учёные до сих пор не пришли к единому мнению о том, как именно появилась Луна. Известно, что Луна сформировалась примерно через 100 миллионов лет после появления Солнечной системы. Однако детали этого процесса остаются предметом научных дискуссий.
В прошлом астрофизики предлагали различные теории происхождения Луны. До 1970-х годов наиболее популярными были три гипотезы, которые были названы «Большая тройка». Но после лунных экспедиций 1960–1970-х годов общепринятой стала другая теория, которая в «Большую тройку» не входила. Согласно этой теории, Луна образовалась в результате столкновения Земли с другим космическим телом.
Далее мы рассмотрим эту теорию, а также расскажем о гипотезах «Большой тройки» и поделимся другими интересными предположениями о происхождении Луны.
1. Столкновение Земли с другой планетой
Существует теория, согласно которой Луна образовалась в результате столкновения Земли с другим небесным телом. Эта теория называется «гигантским столкновением» или импактной теорией. Впервые она была предложена ученым из Америки Хартманном и Дэвисом в 1975 году.
Примерно 4,5 млрд лет назад Солнечная система была достаточно неспокойным местом. В ней появлялось множество космических тел, которые так и не стали полноценными планетами. Одно из таких протопланетных тел столкнулось с Землей. Это тело было названо Тейей, в честь матери лунной богини Селены из греческой мифологии.
Тейя была размером примерно с Марс и состояла из облаков пыли и газа. После их столкновения часть вещества земной мантии была выброшена в космическое пространство. Гравитация довершила начатое: эти обломки стали вращаться вокруг Земли, и постепенно из них сформировалась Луна. А у нашей планеты столкновение привело к изменению наклона оси вращения.
Теория подтверждается тем, что плотность лунной породы меньше плотности земной породы. Это соответствует предположению, что Луна частично состоит из вещества земной мантии, а не из более плотного земного ядра. Кроме того, вещество, выброшенное после столкновения, должно было остаться вблизи плоскости обращения Земли вокруг Солнца — эклиптики. Именно там сейчас находится Луна.
Однако у этой теории есть противоречия. Большинство современных астрономических моделей утверждают, что более 60% Луны должно состоять из материала Тейи. Но образцы пород, собранные во время миссий «Аполлон», указывают на то, что состав Земли и Луны почти идентичен. Следовательно, Луна практически не заимствовала материал от Тейи, что противоречит сценарию столкновения.
Теория множественных столкновений
Израильские учёные из института Вейцмана в 2017 году предложили альтернативную теорию формирования Луны. Они считают, что было несколько столкновений с космическими телами, в результате чего образовалось около 20 небольших спутников Земли. В дальнейшем они объединились и сформировали Луну в её нынешнем виде. Эта теория объясняет сходство состава лунных пород с земными.
В 2007 году Николай Горькавый (российский физик) предложил теорию, которая получила название «мультиимпактная». Согласно этой теории, Луна образовалась не в результате одного гигантского столкновения, а вследствие множества более мелких столкновений.
По мнению учёного, количество таких астероидов достигало около 1 миллиона. Сейчас Солнечная система не насчитывает такого количества летающих объектов, но достаточно большое количество кратеров на обратной стороне Луны свидетельствует о том, что ранее они существовали.
Хотя данная теория не признана западной планетологией в качестве одной из ведущих, она лучше всего объясняет некоторые аспекты, которые остаются неясными в общепринятой теории гигантского столкновения.
2. Гипотеза центробежного разделения
До того как американские космические миссии «Аполлон» доставили на Землю образцы лунного грунта, в научном сообществе существовало три основные теории образования Луны. Одной из них была гипотеза центробежного разделения.
Впервые эту идею предложил английский математик и астроном Джордж Говард Дарвин, сын Чарльза Дарвина, ещё в 1878 году. Он считал, что Луна образовалась в результате отрыва от Земли огромного куска под действием центробежных сил из-за крайне высокой скорости вращения нашей планеты.
Хотя эта теория была очень популярна в начале XX века, последующие научные исследования не подтвердили её. Расчёты показали, что скорость вращения Земли в то время не была достаточной для отрыва такого большого фрагмента. Кроме того, если бы гипотеза была верна то Луна вращалась бы вокруг экватора Земли, но это не так.
3. Теория одновременного формирования Луны и Земли
Одна из теорий «Большой тройки» предполагает, что Луна и Земля образовались одновременно. Эта гипотеза имеет долгую историю: она была предложена немецким философом Иммануилом Кантом ещё в 1785 году. Согласно этой теории, Луна и Земля сформировались из газообразного материала, так называемой пылевой туманности, примерно в одно время и являются планетами-«сёстрами».
В разное время эту идею поддерживали и другие астрономы и физики, включая советского математика и астронома Отто Юльевича Шмидта и его последователей. Они предложили гипотезу коаккреции, согласно которой вокруг молодой Земли постепенно образовывался диск, схожий с кольцами Сатурна. Этот диск возник, скорее всего, из-за аккреции — слипания твёрдых частиц метеоритов, облаков пыли и газа. Из этого диска и сформировался земной спутник.
У теории, предполагающей гигантское столкновение, есть слабое место: она не может объяснить разную плотность Луны и Земли.
Уильям Хартманн, автор гипотезы о гигантском столкновении, выразил сомнения в том, что оба небесных тела могли сформироваться из одного материала, но при этом у Земли есть железное ядро, а у Луны оно почти отсутствует. После того как был определён состав лунного грунта, гипотезу коаккреции отвергли.
4 Теория захвата
Это последняя из теорий «Большой тройки» о происхождении Луны. Её предложил американский астроном Томас Си в 1909 году. Согласно этой гипотезе, Земля притянула Луну на свою орбиту гравитационными силами после того, как мимо неё пролетело некое небесное тело. В этом сценарии Луна — не часть Земли, а «гость», который оказался рядом с нашей планетой по воле случая.
Эту теорию подкрепляет тот факт, что Марс, вероятно, именно таким образом приобрёл свои спутники — Деймос и Фобос. Они могут быть астероидами-«пришельцами», как и Луна. Однако у этой теории имеются слабые места: обычно тела-«пришельцы» имеют крайне неровную форму, а не сферическую, как Луна. Кроме того, их траектории очень отличны от круговой орбиты, по которой сейчас движется наш спутник.
5. Теория возникновения Луны из маленьких спутников
В 1966 году американский геофизик Гордон Макдональд предложил гипотезу, известную как «теория многих лун». Она похожа на теорию захвата, но предполагает, что Земле было легче «захватить» небольшое количество более мелких небесных тел, чем одно большого размера. По мнению Макдональда, эти тела могли в итоге объединиться и сформировать одну большую Луну.
Однако эта теория не объясняет тот факт, что состав Земли и Луны так похож. Также неясно, почему именно около Земли несколько лун могли образовать одну большую, а с Марсом и его двумя спутниками такого не произошло.
6. Гипотеза испарения
Эстонский астроном Эрнст Юлиус Эпик в 1995 году выдвинул гипотезу о том, как образовалась Луна.
По его предположению, на раннем этапе своего формирования Земля была окружена кольцами из каменных обломков, захваченных её гравитацией. Эти осколки постоянно сталкивались с Землёй, что приводило к её сильному нагреванию — примерно до 2000 °C. В результате происходил процесс испарения вещества с поверхности нашей планеты. Солнечный ветер унёс лёгкие элементы этого вещества, а более тяжёлые в итоге соединились с каменными обломками в околоземном пространстве и образовали протолуну.
Эта теория объясняет, почему у Луны очень маленькое железо-никелевое ядро по сравнению с Землей: формирование протолуны происходило на поздней стадии формирования Земли, когда уже было сформировано железное ядро, поэтому испарение вещества происходило с мантийного слоя, в котором железа было значительно меньше.
7. Искусственное возникновение Луны
В 1960-х годах появилась необычная теория о том, что Луна — это искусственный объект. Эту идею приписывают учёным Академии наук СССР Михаилу Васину и Александру Щербакову. Однако на самом деле таких учёных в Академии наук в то время не существовало.
В 1968 году в газете «Комсомольская правда» вышла статья под названием «Луна — искусственный спутник?». Но авторами этой статьи были совсем не академики, а обычные журналисты. Впоследствии данная статья была переведена на английский язык и получила большое распространение за рубежом.
Подобные экзотические теории существовали на Западе ещё со времён полёта «Аполлона-12» на Луну в 1969 году. Тогда появились идеи о том, что Луна представляет собой большой космический корабль пришельцев. Также существует мнение, что внутри Луна полая. Сейчас обе эти концепции признаны антинаучными.
Какая теория происхождения Луны является общепринятой
Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Государственного астрономического института имени П.К. Штернберга МГУ Антон Бирюков утверждает, что импактная теория происхождения Луны пользуется наибольшей поддержкой среди исследователей.
Эта теория подтверждается двумя фактами:
- Система Земля-Луна относится к редкому классу тесных пар небесных тел, которые иногда называют «двойными планетами». Луна расположена близко к Земле и имеет сравнимую с ней массу и размеры. Создать такую устойчивую систему только гравитационным захватом сложно.
- Современные исследования показали, что изотопный состав Луны очень похож на земной — в гораздо большей степени, чем состав комет или метеоритов с Марса.
Учёные считают, что Луна образовалась в результате столкновения молодой Земли с телом размером примерно с Марс. В результате этого столкновения часть вещества Земли была выброшена на орбиту, где и стала нашим спутником.