Происхождение Луны — одна из самых интересных тем в истории Земли и Солнечной системы. Сегодня главная научная гипотеза связывает появление Луны с гигантским столкновением: около 4,5 миллиарда лет назад в молодую Землю врезалась крупная протопланета Тейя, после чего в космос было выброшено раскалённое вещество. Именно из этого материала, по современной версии, и сформировался спутник Земли.
Получается, привычный символ ночной тишины появился после катастрофы, которая полностью изменила раннюю Землю.
Тейя: исчезнувшая протопланета
Гипотетическое тело, столкнувшееся с Землёй, называют Тейей. Имя взято из греческой мифологии: Тейя считалась матерью Селены, богини Луны.
В научных моделях Тейя описывается как протопланета — крупный планетный зародыш времён молодой Солнечной системы. Тогда вокруг Солнца ещё двигались газ, пыль, каменные обломки и тела разных размеров, из которых постепенно формировались планеты.
Предполагается, что Тейя могла возникнуть недалеко от земной орбиты. В какой-то момент её траектория стала пересекаться с траекторией молодой Земли и произошло столкновение.
В классическом сценарии удар был косым. Тейя ударила Землю под углом, из-за чего часть вещества выбросило на орбиту. Железное ядро ударившего тела, вероятно, ушло вглубь Земли и смешалось с земным ядром. Более лёгкие силикатные породы оказались вокруг планеты.
Так началась история будущей Луны.
Почему учёные приняли идею гигантского удара
Гипотеза гигантского столкновения хорошо объясняет несколько особенностей Луны:
- У Луны сравнительно небольшое железное ядро. Если она собиралась из вещества, выброшенного из внешних слоёв Земли и Тейи, такая бедность железом выглядит логично. Большая часть тяжёлого металла должна была остаться внутри Земли.
- Есть и динамический аргумент. Система Земля — Луна обладает большим угловым моментом. Крупное столкновение даёт правдоподобный механизм для объяснения того, как такая система могла возникнуть.
- Ранняя Луна также прошла через стадию сильного нагрева. На её поверхности когда-то существовал океан магмы. После остывания образовалась первичная кора, а затем спутник долго подвергался ударам метеоритов. Картина бурного рождения хорошо сочетается с этими признаками.
При этом гипотеза гигантского удара остаётся областью активных исследований. Общая идея считается ведущей, но детали сценария до сих пор уточняются.
Главная проблема: состав Луны
Самая серьёзная сложность связана с химией.
Если Луна возникла в основном из вещества Тейи, она должна заметно отличаться от Земли по изотопному составу. У планет и метеоритов есть своего рода изотопные подписи. Они зависят от места формирования тела в протопланетном диске.
Но образцы лунного грунта показали неожиданную картину. По ряду изотопных систем Луна очень похожа на Землю. Особенно часто обсуждают кислород, титан, хром и вольфрам. В некоторых измерениях различия оказываются крайне малыми.
Для ранних моделей это стало проблемой. В них значительная часть вещества будущей Луны происходила от Тейи. При таком сценарии сходство Земли и Луны требует дополнительного объяснения.
Есть несколько возможных решений:
- Тейя могла сформироваться в той же области Солнечной системы, что и Земля, поэтому её состав изначально был близким.
- Другой вариант — удар привёл к очень сильному перемешиванию вещества двух тел. Третья линия исследований предполагает более сложный механизм рождения Луны, чем простой диск обломков вокруг Земли.
Из-за этого современные модели происхождения Луны стали заметно сложнее классической схемы.
Синестия: Земля после сверхмощного удара
Одна из современных идей связана с синестией.
Так называют гипотетическое состояние планетного тела после очень энергичного столкновения. При таком ударе значительная часть породы плавится и испаряется. Вокруг будущей планеты возникает огромная быстро вращающаяся структура из раскалённого силикатного вещества.
В такой среде материал Земли и Тейи мог перемешаться значительно сильнее, чем в ранних моделях. Тогда изотопное сходство Луны и Земли становится понятнее. Луна росла внутри общей раскалённой смеси, где вещество двух тел уже потеряло исходные различия.
Эта модель также помогает объяснить бедность Луны летучими веществами. При огромных температурах часть таких веществ могла плохо удерживаться в формирующемся спутнике.
Синестия пока остаётся моделью, а не окончательным ответом. Но она показывает, насколько экстремальными могли быть условия после древнего удара.
Могла ли Луна появиться за несколько часов
Долгое время популярная схема выглядела так: удар выбрасывает вещество на орбиту, вокруг Земли возникает диск, а затем из этого диска постепенно собирается Луна.
Компьютерные симуляции последних лет добавили более быстрый сценарий. При определённых параметрах столкновения крупное тело может быть выброшено на орбиту почти сразу. В такой модели Луна формируется за часы после удара.
Это результат расчётов. Такие симуляции важны: они показывают, что древняя катастрофа могла развиваться быстрее и сложнее, чем предполагалось раньше.
Быстрый сценарий также помогает объяснить, почему внешние слои Луны могут быть богаты веществом, похожим на земное.
Следы Тейи внутри Земли
Есть ещё одна интригующая гипотеза.
Сейсмическая томография показывает в глубокой мантии Земли две огромные аномальные области. Они расположены у границы мантии и ядра: одна под Африкой, другая под Тихим океаном. Сейсмические волны проходят через эти зоны иначе, чем через окружающее вещество.
Учёные называют такие структуры крупными областями с пониженными скоростями сейсмических волн. Их природа обсуждается давно.
По одной из гипотез, эти области могут быть остатками вещества Тейи. После удара более плотные фрагменты её мантии могли погрузиться к основанию земной мантии и сохраниться там на протяжении миллиардов лет.
Это смелая версия, требующая дальнейшей проверки. Но она делает историю происхождения Луны ещё интереснее: следы древнего столкновения могут находиться не только на Луне, но и глубоко внутри Земли.
Молодая Луна была намного ближе
Сразу после формирования Луна находилась значительно ближе к Земле. На небе она выглядела гораздо крупнее. Приливные силы были намного мощнее современных.
Земля тогда вращалась быстрее, а сутки были короче. Приливное взаимодействие постепенно тормозило вращение Земли и передавало энергию орбитальному движению Луны. Поэтому спутник медленно удаляется от планеты.
Сегодня скорость удаления составляет примерно несколько сантиметров в год. Обычно называют значение около 3,8 сантиметра в год, хотя в прошлом эта скорость менялась.
Из-за этого у солнечных затмений есть далёкий срок годности. Сейчас диск Луны на небе почти совпадает по видимому размеру с диском Солнца. Поэтому возможны полные солнечные затмения. В будущем Луна будет дальше, её видимый размер уменьшится, и полные затмения исчезнут. Останутся кольцеобразные.
Луна и устойчивость земной оси
Луна влияет на приливы, вращение Земли и долгосрочную устойчивость наклона земной оси.
Сейчас ось Земли наклонена примерно на 23,4 градуса. Благодаря этому на планете существуют привычные сезоны. Луна помогает удерживать этот наклон в сравнительно стабильном диапазоне.
Без крупного спутника колебания наклона могли бы стать гораздо сильнее. Это привело бы к более резким климатическим изменениям на больших промежутках времени. В отдельных сценариях распределение солнечного света по планете менялось бы намного сильнее, чем сейчас.
Здесь важно говорить аккуратно. Нельзя уверенно утверждать, что без Луны сложная жизнь на Земле вообще не появилась бы. Но крупный спутник, вероятно, сделал климатическую историю планеты устойчивее. Для развития жизни такая стабильность могла иметь большое значение.
Катастрофа, ставшая частью истории Земли
Происхождение Луны показывает, насколько бурной была молодая Солнечная система. Планеты не возникали в готовом виде. Они росли через столкновения, поглощения, разрушения и новые сборки.
Луна, вероятно, появилась после одного из таких событий. Удар расплавил часть Земли, выбросил вещество на орбиту и оставил после себя спутник, который до сих пор влияет на планету.
Сегодня Луна кажется спокойной. Но за этим спокойствием стоит древняя авария космического масштаба.
На этом все если. Не забывайте подписаться если не сделали еще этого.
а также здесь есть еще одна статья о том как СССР отправил первые спутники на Венеру