Образование луны доклад на тему по астрономии

Обновлено: 13.06.2024

Научные исследования раскрыли немало фактов о ближайшем к нам космическом объекте, но на вопрос, как появилась Луна и откуда взялась около Земли, ученые не дают точного ответа. В истории исследования Луны были различные гипотезы о ее возникновении.

Гипотезы и факты

Любой, кто выдвигает гипотезу образования Луны должен учитывать не только физическим законам, но и объяснять следующие факты:

Средняя плотность Луны уступает средней плотности Земли из-за наличия у последней большого металлического ядра.
Помимо дефицита железа, Луна имеет весьма низкое, по сравнению с Землей, содержание легколетучих элементов, таких, как водород, азот, фтор, инертные газы. И напротив, на Луне наблюдается некоторый излишек относительно тугоплавких элементов, например, титана, урана и тория.
Породы лунной коры и породы земной коры и мантии практически идентичны по соотношению стабильных изотопов кислорода. Для сравнения, метеориты из разных частей Солнечной системы (в том числе и т. н. марсианские метеориты) имеют совершенно другие соотношения изотопов кислорода.

Внутреннее строение луны

Луна имеет мощную прочную кору толщиной в 60-80 километров (в несколько раз толще земной коры), образованную из пород плавления лунной мантии. Поэтому полагают, что Луна когда-то была нагрета до полного расплавления. Земля, как считается, никогда не была полностью расплавленной.
Луна и Земля имеют необычно высокое соотношение масс спутника и планеты, равное 1/81, в сравнении с остальными спутниками планет Солнечной системы.
Cистема Луна-Земля обладает необычно высоким угловым моментом импульса.
Плоскость орбиты Луны (наклон 5° к эклиптике) не совпадает с экваториальной плоскостью Земли (наклон 23,5° к эклиптике).

Рассмотрим основные гипотезы, которые существуют в настоящее время о том, как и когда появилась Луна.

Гипотеза центробежного разделения

В 1878 г. английский астроном Джордж Дарвин, сын Чарлза Дарвина, предложил теорию: ночное светило, бывшее частью Земли, впоследствии отделилось. По его версии Земля в начале существования представляла горячую жидкую массу, вращающуюся с большой скоростью.

При вращении центробежная сила так вытягивала массу в зоне экватора, что от нее оторвалась часть вещества, которая после остывания стала Протолуной. Указывалось и место такого отрыва — Тихоокеанский бассейн.

Подтверждением этой версии является идентичность плотности Луны и геосферы Земли и установленная в процессе исследований высокая скорость вращения планеты в прошлом.

Мнение за и против:

Однако требуемая для центробежного отрыва скорость вращения чрезмерно велика (один оборот Земли за 1-2 часа). Момент импульса вращения Земли в таком случае должен был в 3-4 раза превышать нынешний момент импульса системы Земля — Луна (который и без того необычно высок). Появление у образовавшейся Земли такого момента импульса вращения невозможно объяснить, как невозможно объяснить и его последующее исчезновение.

Более низкое, чем у Земли, содержание летучих элементов в лунном веществе не вписывается в данную гипотезу. К тому же современная теория тектоники литосферных плит считает, что тихоокеанский бассейн в его нынешнем виде существует всего около 70 миллионов лет, и никак не мог образоваться при отрыве мантии от Земли.

Гипотеза захвата

Данная гипотеза, выдвинутая в начале 20 века, утверждает, что Луна некогда была вполне самостоятельной планетой Солнечной системы. Под влиянием соседних небесных тел она сильно отклонилась от своей орбиты и в момент наибольшего сближения была захвачена гравитацией Земли.

По причине твердости лунной поверхности считается, что это произошло недавно. Если бы спутник сформировался в одно с Землей время, в скопившемся на нем пылевом слое утонули бы исследовательские аппараты.

Известно, что в этих условиях С. П. Королёв принял волевое решение считать поверхность Луны твёрдой и рассчитывать станцию соответственно: следует рассчитывать на достаточно твёрдый грунт типа пемзы

Многие в подтверждение гипотезы ссылаются на легенды ряда народов Земли, в частности, догонов, говорят о временах, когда Луны на небе ещё не было, и о появлении на небе нового светила (Луны).

Мнение против

Захват Луны земной гравитацией мог бы хорошо объяснить высокий момент импульса системы Земля — Луна. Но результаты моделирования показывают, что вероятность захвата Землёй пролетающего тела с массой Луны ничтожно мала. Гораздо более вероятно, что пролетающая планета столкнулась бы с Землёй или наоборот, была бы отброшена гравитацией Земли далеко за пределы земной орбиты.
Малая плотность Луны и отсутствие у неё железного ядра могут быть объяснены, если предположить, что Луна образовалась за пределами зоны планет земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс). Но тогда невозможно объяснить дефицит летучих элементов, которые есть в изобилии в зоне планет-гигантов. Трудно найти в Солнечной системе подходящую область с меньшим содержанием и того, и другого.
Идентичность соотношения изотопов кислорода на Луне и на Земле совершенно не вписывается в данную гипотезу.

Таким образом, современные исследования превратили гипотезу захвата в маловероятную.

Гипотеза совместного образования

Согласно этой гипотезе Земля и Луна образовались одновременно, в непосредственной близости друг от друга.

Совместное формирование нашей планеты и ее спутника – одна из первых версий о том, откуда появилась Луна. Выдвинута она была немецким философом Кантом.

Земля, как и все планеты Солнечной системы, образовалась из одного газопылевого облака после формирования Солнца. Она постепенно приращивала свою массу за счет пыли, газов и других частиц. Утверждение о совместной аккреции нашей планеты и ее спутника предполагала, что они сформировались как двойная планета, имеющая один орбитальный путь. Предшественница Земли быстрее наращивала массу, а вокруг нее появилось скопление пыли и частиц. Оно постепенно приобрело собственную орбиту и оформилось в твердое небесное тело – Луну.

Мнение за и против

Подтверждением данной гипотезы является схожесть состава Земли и ее спутника.

Но против нее говорит дефицит железа и летучих веществ в образцах лунной поверхности, разность плотности обоих тел и отношение лунной и земной орбит. Также ученые считают невозможным образование на орбите Земли большого космического объекта из-за земной гравитации. Хотя та же гравитация способна притянуть такой объект из глубин космоса.

Гипотеза испарения

Еще одной теорией естественного происхождения Луны является гипотеза, выдвинутая в 1955 г. эстонским астрономом Эрнстом Эпиком: сформировавшаяся Протоземля была окружена роем постоянно атакующих ее каменных частиц, из-за чего произошел нагрев до температуры примерно 2000ºC.

Большой объем вещества испарился назад в околоземное пространство. Летучие элементы сдул солнечный ветер, тяжелые соединились с частицами пыли и льда, вращающихся вокруг Земли, и образовали единый монолит — будущую Луну.

Мнение против

Гипотеза испарения очень хорошо объясняет данные о химическом составе Луны, но не может разрешить ни проблему высокого углового момента импульса, ни проблему наклона лунной орбиты. Геологические данные также не подтверждают столь сильный разогрев Земли на стадии формирования: состав пород земной коры свидетельствует, что Земля никогда не была полностью расплавленной.

Гипотеза многих лун

Мнение против:

Неправдоподобно выглядит сама возможность захвата Землёй большого количества спутников с их последующим разрушением.
Марс имеет два небольших спутника (Фобос и Деймос), которые до сих пор сосуществуют на околомарсианских орбитах.
Венера, масса которой близка к земной, вообще не имеет спутников, как и Меркурий.
Нет объяснения идентичности изотопно-кислородного состава Луны и Земли.

Гипотеза столкновения

Одна из наиболее современных гипотез появления Луны говорит о том, что наша ближайшая соседка – это фрагмент Земли, отделившийся от нее и приобретший собственную орбиту.

На заре своего развития наша планета могла столкнуться с массивным небесным телом – протопланетой Тейя. При этом удар пришелся по касательной, от чего фрагмент Тейи вместе с участком мантии планеты выбросило на орбиту. Земля в результате удара получила резкий прирост скорости вращения (один оборот за 5 часов) и заметный наклон оси вращения.

На данный момент эту гипотезу приняли как основную.

Мнение за и против

Гипотеза хорошо объясняет все известные факты о химическом составе и строении Луны, а также и физические параметры системы Земля — Луна.

Первоначально большие сомнения вызывала возможность столь удачного соударения (косой удар, невысокая относительная скорость) такого крупного тела с Землёй. Но затем было предположено, что Тейя сформировалась на орбите Земли, в одной из точек Лагранжа системы Солнце — Земля. Такой сценарий хорошо объясняет и низкую скорость столкновения, и угол удара, и нынешнюю, почти точно круговую орбиту Земли.

Для объяснения дефицита железа на Луне приходится принимать допущение, что ко времени столкновения (4,5 млрд лет назад) и на Земле, и на Тейе уже произошла гравитационная дифференциация, то есть выделилось тяжёлое железное ядро и образовалась лёгкая силикатная мантия. Однозначных геологических подтверждений этому допущению не найдено.

Гипотеза метеоритной бомбардировки

В 2007 году физик Н. Горькавый предположил, что Земля постепенно теряла свою массу в результате астероидной бомбардировки космическими телами размером в десятки и сотни километров. Эти столкновения забросили часть вещества мантии Земли в космическое пространство, где из него образовалась Луна .

Гипотеза объясняет, откуда в лунном материале (и у полюсов Луны) вода, которая, согласно гипотезе гигантского столкновения, должна была выкипеть при мегастолкновении. Также новая гипотеза объясняет, почему после столкновения с Тейей не лишилась воды и Земля, ведь она должна была разогреться до полного выкипания океанов. При ряде малых столкновений такого нагрева планеты быть не могло, и она не могла потерять основную массу воды.

Искусственный спутник

Кроме теорий о естественном происхождении Луны выдвигались и невероятные гипотезы о его искусственном появлении.

Пустотелая Луна

Плотность спутника составляет 60% плотности Земли. На основании этого факта было выдвинуто предположение, что Луна может быть полой. В 1969 г. американские ученые провели эксперимент: было организовано падение зонда на поверхность Луны, и установленные сейсмодатчики зафиксировали сильное лунотрясение. При повторении такого эксперимента в следующих исследованиях спутник трясло в течение нескольких часов.

Кроме результатов этого исследования ученые заметили необъяснимое усиление гравитации спутника, что дало основания считать его пустотелым и сформированным в обратном направлении — от поверхности к центру.

Странные показатели

Ученые придерживаются версии искусственного создания Луны по причине различия масс Земли и ее спутника: Луна легче в 81 раз. Такие показатели нехарактерны для спутников других объектов Солнечной системы. У них и диаметр намного меньше лунного: крупнейший спутник Марса — Фобос — имеет диаметр не более 20 км, а наша Луна — 3474,2 км. Кроме этого, различаются и орбиты: Луна имеет почти ровную круговую орбиту, у спутников других планет Солнечной системы она эллиптическая.

Видео

Луна — это единственный спутник Земли. Это второй по яркости объект на земном небосводе после Солнца и пятый по величине спутник в Солнечной системе. Луна является первым и пока единственным внеземным объектом, на котором побывал человек. Полный оборот вокруг Земли Луна совершает за 27 суток 7 часов 43 минуты.

Откуда она взялась?

Луна на небе воспринимается нами как нечто привычное и обыденное, а между тем этот космический объект таит в себе массу загадок. Главная тайна спутника Земли — его происхождение.

После того как лунные экспедиции доставили на Землю образцы грунта, астрономы затаили дыхание: какая же из теорий окажется верной? Результаты оказались обескураживающими: ни одна из теорий полностью не объясняла полученные данные. И тогда была выдвинута гипотеза гигантского столкновения . Ее авторы предположили, что Луна образовалась в результате столкновения с Землей планеты большего размера (ее назвали Тейя). Удар произошел по касательной, в итоге на околоземную орбиту была выброшена часть вещества Земли и Тейи. Из них постепенно сформировалась Луна.

В настоящее время самой правдоподобной считается последняя теория, но и у нее есть противники. Возможно, впоследствии появятся новые гипотезы, а может, мы никогда точно не узнаем, откуда же у нашей планеты появился спутник.

Особенности лунного рельефа

Луна вчетверо меньше Земли, а ее масса в 80 раз меньше. Ее диаметр чуть больше четверти земного — 3476 км. Среднее расстояние Луны от Земли — 384 400 км.

Луна состоит из коры, верхней мантии, средней мантии, нижней мантии (астеносферы) и ядра. Причем атмосфера на ней практически отсутствует. Поверхность Луны покрыта так называемым реголитом — смесью тонкой пыли и скалистых обломков, образующихся в результате столкновений метеоритов с лунной поверхностью.

Вещество, из которого состоит Луна, очень похоже по составу и плотности на вещество, составляющее мантию Земли. Отсюда и гипотеза гигантского столкновения. Именно при таком развитии событий наиболее вероятно наличие на Луне элементов из среднего слоя Земли.

Впервые астрономы увидели обратную сторону Луны в 1959 году — на фотографиях, сделанных искусственным спутником.

На Луне нет атмосферы, поэтому существуют огромные перепады температуры. Днем поверхность нагревается до 117 °C, ночью остывает до -169 °C. Вода на Луне не обнаружена, хотя есть предположение, что на дне самых глубоких кратеров могут быть остатки льда. Жизнь здесь невозможна из-за крайне неблагоприятных условий.

Каменистая поверхность Луны покрыта кратерами — это следы столкновений нашего космического спутника с кометами, астероидами и метеоритами. Всего же на Луне их великое множество — миллионы. Неудивительно: на Луне нет атмосферы, в которой сгорала бы большая часть небесных тел, как это происходит на Земле. Есть кратеры микроскопических размеров, их обнаруживают даже на камнях, доставленных астронавтами на Землю, а есть огромные. Крупнейшие из них называют бассейнами. Самый большой из лунных кратеров — Герцшпрунг — с Земли не увидишь: он находится на обратной стороне Луны. Его диаметр 591 километр, а это лишь немногим меньше, чем расстояние от Москвы до Санкт-Петербурга. Но размеры подавляющего количества кратеров куда меньше: от одного до пяти метров.

Как все планеты и их спутники, Луна светит отраженным солнечным светом. Обычно видна та ее часть, которую освещает Солнце. Исключение составляют периоды вблизи новолуния, когда отраженный от Земли свет слабо освещает и темную сторону Луны.

Луна и Солнце при огромной разнице в размерах с Земли выглядят одинаковыми. Так происходит благодаря удивительному совпадению: Луна в 400 раз меньше Солнца, но зато находится в 400 раз ближе к Земле

Фазы Луны

Почему мы не всегда видим Луну полной? Спутник Земли предстает нам в виде серпа или полукруга из-за нюансов солнечного освещения. В новолуние Луна не видна, потому что находится прямо между Солнцем и Землей. Собственного света у нее нет, а солнечный в это время попадает только на другую ее сторону. Когда Луна немного сдвигается, освещается ее видимый нам край, и мы наблюдаем молодой месяц. Постепенно, по мере движения, видимая освещенная часть увеличивается. Когда Луна находится на прямой Луна — Земля — Солнце, мы видим полностью ее освещенную сторону, и наступает полнолуние. Далее все идет в обратном порядке: во второй половине своей орбиты Луна убывает.

Луна вращается вокруг Земли. При разных положениях относительно друг друга Солнца, Земли и Луны мы по-разному видим освещенную половину Луны. Часть ее видимого диска, которая освещена, называется фазой Луны.

Фазы Луны.
1 — новолуние: Луна не видна.
2 — молодая Луна: первое появление Луны на небе после новолуния в виде узкого серпа.
3 — четверть: освещена половина Луны.
4 — прибывающая Луна.
5 — полнолуние: освещена вся Луна целиком.
6 — убывающая Луна.
7 — последняя четверть Луны: снова освещена половина Луны.
8 — старая Луна.

Затмения

Лунным затмением называют такое астрономическое явление, когда Луна входит в конус тени, отбрасываемой Землей. Существуют разные варианты лунного затмения: когда тень полностью накрывает Луну — это полное лунное затмение, а когда затемнена лишь часть Луны — частное лунное затмение. Если Луна проходит область полутени, но не входит в тень, происходит полутеневое затмение.

Лунные затмения происходят в полнолуние, в такие моменты, когда Луна оказывается точно позади Земли и на нее падает гигантская тень нашей планеты, заслоняющей солнечный свет

Кто первым облетел вокруг Луны?

Современное представление.

По современным представлениям, считается, что Луна сформировалась одновременно с Землей 4,55 млрд лет назад из роя холодных газов, пыли и твердых фрагментов вещества на расстоянии от 5 до 20 земных радиусов или 32…128 тыс. км. Напомним, что в настоящее время Луна располагается на среднем расстоянии 384 тыс. км от земли.

Какие же есть другие теории?

Гипотеза центробежного отделения.

Гипотеза.

Гипотезу отделения Луны от Земли впервые выдвинул Джордж Дарвин, сын знаменитого Чарльза Дарвина, в 1878 году. Он предположил, что Земля, после образования, вращалась с очень высокой скоростью. Под действием центробежных сил планета стала настолько вытянутой по экватору, что от неё оторвался крупный кусок вещества (возможно, этому способствовали приливные силы Солнца). Из этого вещества впоследствии образовалась Луна. Эту гипотезу поддержал в 1882 году геолог Осмонд Фишер: по его мнению, бассейн Тихого океана образовался именно на том месте, где оторвалась от Земли будущая Луна. Гипотеза Дарвина — Фишера приобрела большую популярность и оставалась общепринятой в начале XX века.

Аргументы за и против.

Отрыв вещества от чрезмерно растянутого экваториального выступа хорошо объясняет имеющийся размер Луны. Этой гипотезе хорошо соответствует и меньшая плотность Луны, поскольку она соответствует плотности земной мантии. Современные данные подтверждают и факт более быстрого вращения Земли в далёком прошлом. Однако требуемая для центробежного отрыва скорость вращения чрезмерно велика (один оборот Земли за 1-2 часа). Момент импульса вращения Земли в таком случае должен был в 3-4 раза превышать нынешний момент импульса системы Земля — Луна (который и без того необычно высок). Появление у образовавшейся Земли такого момента импульса вращения невозможно объяснить, как невозможно объяснить и его последующее исчезновение.Более низкое, чем у Земли, содержание летучих элементов в лунном веществе не вписывается в данную гипотезу. К тому же современная теория тектоники литосферных плит считает, что тихоокеанский бассейн в его нынешнем виде существует всего около 70 миллионов лет, и никак не мог образоваться при отрыве мантии от Земли.

Гипотеза захвата.

Гипотеза.

Гипотезу захвата первым выдвинул в 1909 году американский астроном Томас Джефферсон Джексон Си ( Thomas Jefferson Jackson See ). По этой гипотезе, Луна образовалась как независимая планета где-то в Солнечной системе, а затем в результате неких пертурбаций перешла на эллиптическую орбиту, пересекающуюся с орбитой Земли. При очередном сближении с Землёй Луна была захвачена гравитацией Земли и стала её спутником.

За и против.

Легенды ряда народов Земли, в частности, догонов , говорят о временах, когда Луны на небе ещё не было, и о появлении на небе нового светила (Луны).
При подготовке к отправке спускаемой автоматической станции на Луну в ОКБ С. П. Королёва пришлось решать вопрос о её происхождении. Если считать, что Луна вращается вокруг Земли миллиарды лет и, поскольку у неё нет плотной атмосферы, на её поверхности должен был скопиться многометровый слой опадающей из космоса пыли, в котором при посадке утонула бы станция, сконструированная для посадки на твёрдый грунт. В ОКБ разгорелись споры и появилось два подхода к созданию спускаемой части станции. Первый предполагал слой лунной пыли на поверхности и разработку средств посадки и передвижения по такому слою (например, пылевые катера). Второй — что Луна была захвачена Землёй сравнительно недавно и поэтому поверхность Луны, соответственно, твёрдая, на что и можно рассчитывать при посадке. Поскольку не было подтверждённых научных данных, ни один подход не мог взять верх, а учесть оба по техническим причинам было невозможно. Известно, что в этих условиях С. П. Королёв принял волевое решение считать поверхность Луны твёрдой и рассчитывать станцию соответственно:

Захват Луны земной гравитацией мог бы хорошо объяснить высокий момент импульса системы Земля — Луна. Но результаты моделирования показывают, что вероятность захвата Землёй пролетающего тела с массой Луны ничтожно мала. Гораздо более вероятно, что пролетающая планета столкнулась бы с Землёй или наоборот, была бы отброшена гравитацией Земли далеко за пределы земной орбиты. Вариант с возможным захватом требует прохождения Луны на расстоянии меньше предела Роша , то есть Луна, возможно, была бы разорвана действием приливных сил .
Если бы захват всё-таки произошёл, то Луна, скорее всего, обращалась бы вокруг Земли в противоположном (ретроградном) направлении (как это наблюдается у захваченных лунЮпитера ), и по сильно вытянутой эллиптической орбите.
Малая плотность Луны и отсутствие у неё железного ядра могут быть объяснены, если предположить, что Луна образовалась за пределами зоны планет земной группы ( Меркурий , Венера , Земля , Марс ). Но тогда невозможно объяснить дефицит летучих элементов, которые есть в изобилии в зоне планет-гигантов. Трудно найти в Солнечной системе подходящую область с меньшим содержанием и того, и другого.
Идентичность соотношения изотопов кислорода на Луне и на Земле совершенно не вписывается в данную гипотезу.

Гипотеза совместного формирования (совместной аккреции).

Гипотеза.

Впервые подобную гипотезу представил Иммануил Кант в труде по космогонии, в 1755 году. Он предположил, что все небесные тела появились в результате сжатия пылевого облака, а Луна и Земля сформировались вместе, из одного пылевого сгустка: сначала Земля, потом, из оставшегося вещества, Луна. Большим сторонником гипотезы совместной аккреции был знаменитый астроном Эдуард Рош . В Советском Союзе гипотезу коаккреции активно разрабатывала школа Отто Шмидта ( Виктор Сафронов , Евгения Рускол и др.). До 1970-х годов гипотеза совместной аккреции считалась наиболее проработанной.

Аргументы за и против.

Если Земля и Луна формировались в непосредственной близости, то идентичность кислородно-изотопного соотношения легко объясняется. Но тогда совершенно непонятными становятся различие в плотности двух тел, а также дефицит железа и летучих элементов на Луне.

По словам Уильяма Хартмана:

Сторонники гипотезы объясняют это тем, что куски вещества роя при столкновениях дробились, затем тяжёлые железные частицы выпадали на Землю, а силикатная пыль оставалась на орбите. Такое объяснение вряд ли можно признать удовлетворительным: для этого практически все частицы роя должны были предварительно разрушиться до состояния пыли.

Сходным образом в этой гипотезе объясняется и дефицит летучих веществ — они испарялись при столкновениях и дроблениях частиц роя. Но для этого частицам пришлось бы сталкиваться на высоких относительных скоростях, а ведь они все, как предполагается, обращались в одном направлении. Притом, аналогичный процесс должен был бы происходить и при формировании Земли и других планет земной группы, но результатов этого не наблюдается.

Эта гипотеза также не смогла дать вразумительного объяснения ни большому моменту импульса системы Земля - Луна, ни наклону лунной орбиты в 5° к плоскости земной орбиты.

Гипотеза испарения.

Гипотеза.

В 1955 году Эрнст Юлиус Эпик выдвинул гипотезу, частично соединяющую гипотезы центробежного разделения и совместного образования. По его версии, прото-Земля, окружённая кольцом бомбардировавших её каменных частиц, от постоянных ударов разогрелась до высокой температуры — около 2000 °C. Значительные массы вещества были выпарены назад, в околоземное пространство. Солнечный ветер сдул летучие элементы, а более тяжёлые компоненты сконденсировались и соединились с материалом вращающихся колец , которые затем слились в один большой кусок вещества — Луну. Если нагревание Земли произошло на поздней стадии её формирования, то к этому времени тяжелые железные породы уже опустились в ядро, а содержание железа в поверхностных слоях Земли было значительно меньше первоначального.

Аргументы за и против.

Гипотеза многих лун.

Гипотеза.

Российские геофизики О.Г. Сорохтин и С.А. Ушаков выдвинули еще одну гипотезу захвата с гелиоцентрической орбиты, близкой к Земле, малой планеты – Протолуны, превышающей в несколько раз массу современной Луны. За счет приливных сил ранней Земли это космическое тело подошло, спустя 15 тыс. лет после захвата, к нашей планете – к так называемому пределу Poшa (I7 тыс. км). На этой орбите тело примерно за 100 лет было частично разрушено. Большая часть его со значительной долей железистого ядра была захвачена формирующейся Землей, а остальная удаленная от Земли часть с малым содержанием железа была отброшена на расстояние примерно 26 тыс. км и спасена от разрушения. Так, по гипотезе этих авторов, сформировалась современная Луна.

Более правдоподобной является гипотеза российского геофизика Д.З. Витязева, 1996 г. Он полагает, что Луна сформировалась одновременно с Землей из вещества, выбрасываемого в окружающее пространство при ударе о земную твердь метеоритов и астероидов. Считается, что при таких ударах 99 % массы этих тел захватывалось Землей, а остальная часть выбрасывалась в окружающее пространство. Вот из такого вещества за 100-миллионный период формирования Земли и образовалась Луна. При формировании Меркурия и Венеры аналогичное вещество, выбрасываемое с поверхности планет, затормаживалось Солнцем, вновь возвращалось на эти планеты, и у них не возникло спутников вообще. У Марса же под действием мощного гравитационного поля Юпитера смогли образоваться лишь два небольших спутника, о которых рассказывается в следующей главе.

Гипотезы о происхождении Луны

Первые упоминания встречаются в наскальных рисунках пещерных людей, живших 35-40 тыс. лет назад. Изучение Луны с научной точки зрения впервые началось в Древней Греции. Аристарх Самосский, древнегреческий астроном (320-250 г. до н.э.), верно предположил, что от Земли до ночного светила расстояние составляет 60 радиусов планеты (среднее величина равна 384 467 км, т.е. 30 земных диаметров).

Ученый Галилео Галилей, наблюдая за Луной, в 1609 г. заметил на поверхности объекта пятна и предположил, что темные области — это морские пространства, а светлые — материки, покрытые возвышенностями, кратерами.

Образование из единого газопылевого облака

В 1755 г. И. Кант в работе о теории неба выдвинул версию, что Солнечная система и ближайшие звезды образовались из туманности после взрыва сверхновой звезды, бывшей тяжелее Солнца в 30 раз. Произошедший 4,5 млрд лет назад взрыв породил газопылевое облако, из частиц которого образовалась Земля и спутник.

Эта гипотеза называется сестринской и предполагает, что вначале сформировалась Протоземля, а когда рост ее массы приостановился, из газопылевых частиц стал создаваться околопланетный рой — основа будущего спутника.

Верность этой теории подтверждает сходство химического состава планеты и спутника. В качестве опровержения приводится необъяснимость разницы плотности двух комических объектов и низкого содержания химических элементов в составе лунного вещества — 16,2% Са, 22,5% Fe, 22,6% Si, 38,7% О.

Ученые считают невозможным образование на орбите Земли большого космического объекта из-за земной гравитации. Хотя та же гравитация способна притянуть такой объект из глубин космоса.

Теория захвата

Вариант о захвате Землей спутника предложил в 1909 г. американский астроном Томас Си. По версии ученого, Луна была планетой Солнечной системы.

По необъяснимым причинам она сместилась на эллиптическую орбиту, скрестившуюся с орбитой Земли, и была притянута земным гравиполем.

Эта гипотеза имеет и слабые стороны:

Захваченные в подобных условиях спутники Юпитера вращаются в противоположном с планетой направлении, Луна — в одном направлении с Землей.
Результаты компьютерной имитации показывают, что захват земным гравитационным полем пролетающего рядом космического объекта, схожего по массе с Луной, маловероятен. Более правдоподобной выглядит версия столкновения такого объекта с планетой или его выталкивание далеко за границы орбиты.
Полное сходство соотношения кислородных изотопов состава двух космических объектов.

Гипотеза центробежного разделения

Согласно гипотезе центробежного разделения Луна отделилась от Земли под воздействием центробежных сил. Credit: faculty.virginia.edu.

Но есть и опровержения:

По расчетам нужная для отрыва скорость вращения Земли должна составлять 1-2 часа. Появление и снижение такой скорости объяснить невозможно.
Исследования тектоники земной литосферы доказывают, что бассейн Тихого океана, где и случился отрыв части будущей Луны, существует 70 млн лет и не мог образоваться в результате центробежного отделения.

Гипотеза столкновения, или модель мегаимпакта

Еще одна гипотеза появления Луны — теория американских планетологов Д. Дэвиса и У. Хартманна, опубликованная в 1975 г. По их версии, в самом начале существования Земли произошло ее столкновение с планетоидом размером с Марс.

Этот гипотетический объект назван Тейей. Удар произошел по касательной, но из-за столкновения части вещества Тейи и земной геосферы оказались выброшены на околоземную орбиту.

Инородное тело

Мнения ученых относительно развития событий разделились. По одному варианту, Протолуна после такого столкновения сформировалась из большего количества вещества Тейи, чем Земли. В качестве доказательства приводится небольшое содержание железа в составе лунного грунта — 22,5%.

Но после получения образцов пород нашего спутника и их подробных анализов выяснилось, что по содержанию тяжелых изотопов кислорода, титана и вольфрама состав лунного и земного материалов идентичен, чего не могло произойти при образовании Луны из обломков Тейи.

Д. Дэвиса и У. Хартманн в 1975 году предположили, что Луна появилась в результате столкновения Земли и гипотетического космического тела с именем Тейя. Credit: Popular Mechanics.

Фрагмент Земли

Версия, что при ударе преобладающая часть исторгнутого вещества содержала элементы земной мантии, опирается на сходство состава земной и лунной пород, но не объясняет низкий процент железа в веществе Луны и различие плотностей материалов.

Два в одном

Третий вариант теории мегаимпакта объединяет две предыдущих версии, уточняя, что основой Протолуны послужило единое вещество, образовавшееся из частей двух столкнувшихся объектов.

В октябре 2016 г. было опубликовано исследование, одним из авторов которого выступал Кун Ван, доцент Вашингтонского университета. Ученый считал, что в случае гипотезы испарения часть лунных пород состояла бы из вещества планетоида, ударившего Землю.

Однако по результатам исследования изотопного состава образцов стало ясно, что породы Луны подвергались таким температурам, возникновение которых возможно в случае сильного удара. При этом планета-пришелец и часть нашей планеты испарились бы, а образованный при этом пар занял бы территорию, превышающую площадь Земли.

Гипотеза испарения

Эта гипотеза проясняет небольшое содержание железа в веществе спутника: к моменту нагревания планеты тяжелые породы уже попали в ядро Земли и содержание железа на поверхности снизилось. Однако геологические исследования Земли не подтвердили существования температур в 2000°С на стадии ее образования.

Искусственный спутник

Кроме теорий о естественном происхождении сателлита выдвигались гипотезы о его искусственном появлении.

Пустотелая Луна

Странные показатели

Читайте также: