Гипотезы происхождения луны реферат

Обновлено: 08.07.2024

Происхождение Луны окончательно еще не установлено. Наиболее разработаны три разные гипотезы. В конце XIX в. Дж. Дарвин выдвинул гипотезу, согласно которой Луна и Земля первоначально составляли одну общую расплавленную массу, скорость вращения которой увеличивалась по мере ее остывания и сжатия; в результате эта масса разорвалась на две части: большую - Землю и меньшую - Луну. Эта гипотеза объясняет малую плотность Луны, образованной из внешних слоев первоначальной массы. Однако она встречает серьезные возражения с точки зрения механизма подобного процесса; кроме того, между породами земной оболочки и лунными породами есть существенные геохимические различия.

Гипотеза захвата, разработанная немецким ученым К. Вейцзеккером, шведским ученым Х. Альфвеном и американским ученым Г. Юри, предполагает, что Луна первоначально была малой планетой, которая при прохождении вблизи Земли в результате воздействия тяготения последней превратилась в спутник Земли. Вероятность такого события весьма мала, и, кроме того, в этом случае следовало бы ожидать большего различия земных и лунных пород.

Согласно третьей гипотезе, разрабатывавшейся советскими учеными - О. Ю. Шмидтом и его последователями в середине XX века, Луна и Земля образовались одновременно путем объединения и уплотнения большого роя мелких частиц. Но Луна в целом имеет меньшую плотность, чем Земля, поэтому вещество протопланетного облака должно было разделиться с концентрацией тяжелых элементов в Земле. В связи с этим возникло предположение, что первой начала формироваться Земля, окруженная мощной атмосферой, обогащенной относительно летучими силикатами; при последующем охлаждении вещество этой атмосферы сконденсировалось в кольцо планетезималей, из которых и образовалась Луна. Последняя гипотеза на современном уровне знаний (70-е годы 20 века) представляется наиболее предпочтительной. Не так давно возникла четвертая теория, которая и принята сейчас как наиболее правдоподобная. Это гипотеза гигантского столкновения. Основная идея состоит в том, что, когда планеты, которые мы видим теперь, только еще формировались, некое небесное тело величиной с Марс с огромной силой врезалось в молодую Землю под скользящим углом. При этом более легкие вещества наружных слоев Земли должны были бы оторваться от нее и разлететься в пространстве, образовав вокруг Земли кольцо из обломков, в то время как ядро Земли, состоящее из железа, сохранилось бы в целости. В конце концов, это кольцо из обломков слиплось, образовав Луну. Теория гигантского столкновения объясняет, почему Земля содержит большое количество железа, а на Луне его почти нет. Кроме того, из вещества, которое должно было превратиться в Луну, в результате этого столкновения выделилось много различных газов – в частности кислород.

3.1. Лунные затмения.

Схема полного затмения Луны.

Полные Лунные Затмения

19964 апреля 1 ч 24 мин

1996 27 сентября 1 ч 12 мин

1997 16 сентября 1 ч 6 мин

2000 21 января 1 ч 16 мин

2000 16 июля 1 ч

2001 9 января 30 мин

2003 16 мая 26 мин

2004 4 мая 38 мин

2004 28 октября 40 мин

3.2. Затмения в прежние времена.

В древности затмения Солнца и Луны чрезвычайно интересовали людей. Философы Древней Греции были убеждены, что Земля является шаром, поскольку они заметили, что тень Земли, падающая на Луну, всегда имеет форму круга. Более того, они подсчитали, что Земля примерно втрое больше Луны, просто исходя из продолжительности затмений. Данные археологии позволяют предположить, что многие древние цивилизации пытались предсказывать затмения. Результаты наблюдений в Стоунхендж, в Южной Англии, могли давать возможность людям позднего каменного века, 4000 лет назад, предсказывать некоторые затмения. Они умели вычислять время прихода летнего и зимнего солнцестояний. В Центральной Америке 1000 лет назад астрономы майя могли предсказывать затмения, выстраивая длинный ряд наблюдений и отыскивая повторяющиеся сочетания факторов. Почти одинаковые затмения повторяются каждые 54 года 34 дня.

Раздел: Астрономия
Количество знаков с пробелами: 72550
Количество таблиц: 5
Количество изображений: 4

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:

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

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

И вот настало время, когда глазам американских астронавтов предстал лунный ландшафт. Астронавты собрали образцы лунной пули и куски скальной породы. Драгоценный груз доставили на Землю и вручили ученым.

Ученые терялись в догадках. И тут со своей гипотезой выступил Уильям Хартман, молодой астроном из Университета Аризоны. Как и большинство ученых, он был уверен, что лунные кратеры возникли не от вулканической деятельности, а от падения метеоритов. Толчок к дальнейшему развитию идеи дали Хартману, по его собственному признанию, работы советского ученого Виктора Сафронова, который утверждал, что космическая пыль и камни, крутившиеся вокруг Солнца, беспрерывно сталкиваясь, сплавлялись в более крупные образования, из которых, в конце концов выросли планеты Солнечной системы.

Но Хартман пошел дальше. В начале 70-х годов ХХ века он работал в Институте планетологии в Тайсоне, в штате Аризона. Вместе со своим коллегой, Дональдом Дэвисом, он разработал следующую теорию: 4,5 млрд. лет назад мчащийся на всех парах космический странник величиной с Марс врезался в Землю и раскололся, в результате чего осколки вместе с отбитыми кусками земной коры разлетелись, образовав вращающийся вокруг Земли пояс. Постепенно осколки соединялись и превратились в Луну. Планете Земля и ее спутнику понадобилось 50 млн. лет, чтобы остыть после катастрофы и сформировать вокруг ядра из кипящей лавы твердую оболочку. Поначалу расстояние от Земли до Луны было на 25% меньше, чем сейчас. Земля тогда вращалась быстрее, и год состоял из 550 дней, а лунный месяц продолжался 20 дней. Процесс сближения Земли и Луны продолжается, кстати, и в наши дни.

В 1974 году на конференции в Корнельском университете Хартман впервые обнародовал свою идею. Он ждал возражений и скептических замечаний. Но взявший первым слово Эластейр Камерон, глава гарвардских астрофизиков, энергично поддержал Хартмана. Камерон сообщил, что он и его коллега Уильям Уорд пришли, хотя и иным путем, к тем же выводам. Единственное, в чем Камерон мог упрекнуть Хартмана, это в недостаточном математическом обосновании теории: у них с Уордом оно точнее и убедительнее.

Согласно схожей гипотезе швейцарского ученого Уве Вихерта, наша Земля долгое время была одной из двух похожих планет. Тэя была во всем подобна Земле, только несколько меньше, и вращалась вокруг Солнца по орбите, близкой к земной. Примерно через 50 млн. лет после возникновения Солнечной системы тесная близость и сходство сыграло с ними злую шутку: их орбиты совпали, и планеты-соседки столкнулись. В результате, как было сказано выше, на околосолнечной орбите остались Земля и ее спутник Луна, образовавшийся из крупных обломков после той катастрофы.

Луна внутри жидкая?

Луна – космический корабль инопланетян?

В июле 1969 года, прежде чем первый астронавт Нил Армстронг опустился на Луну, на ее поверхность были сброшены использованные топливные емкости беспилотных кораблей, совершавших разведывательные полеты. Тогда здесь был оставлен и сейсмограф. Этот прибор начал передавать в Хьюстон информацию о колебаниях лунной коры.

Некоторые астрофизики утверждали, что внутри Луны может находиться невообразимо большое, почти пустое пространство объемом 73, 5 млн. кубических километров, предназначенное для механизмов, обслуживающих движение и ремонт гипотетического космического корабля. Вообще догадки о его содержании и предназначении выходят за пределы разумных допущений.

В конце 70-х годов с помощью того же сейсмографа был сделан компьютерный анализ металла, из которого должна была состоять скорлупа, окружающая ядро Луны. Измерив скорость распространения звука внутри этого вещества, специалисты пришли к заключению, что оно состоит из никеля, бериллия, вольфрама, ванадия и некоторых других элементов. Причем железа содержалось относительно мало. Такой состав был идеальным панцирем, защищающим от механических пробоин, и к тому же полностью антикоррозийным. И только один этот анализ показал, что совершено невозможно, чтобы такая скорлупа образовалась естественным путем.

Сейсмографы зафиксировали также повторяющийся каждые 30 минут и продолжительностью одну минуту постоянный сигнал высокой частоты, исходящий изнутри Луны из глубины около 960 километров. Предположили, что это какой-то автоматический прибор, питающийся тепловой (или иной) энергией, однажды запрограммированный на то, чтобы посылать свой сигнал!

Возможно, это было тогда, когда Луна не была спутником Земли?

Был ли у Земли второй спутник?

Чем ближе спутник, тем быстрее обращается он вокруг нее. Если приближающийся спутник будет иметь достаточно крупные размеры, то планета станет стремиться обернуться к нему одной стороной, а также увеличить скорость своего вращения.

Сейчас большинство ученых объясняет образование этого океана тепловой конвекцией магмы. Однако эта гипотеза не отвечает на такие вопросы: почему раздвижение континентов началось сравнительно недавно – около 320 млн. лет назад, и почему оно практически прекратилось около 70 млн. лет назад? Ведь для проявления тепловой конвекции в магме условия были примерно одинаковыми в течение всего существования Земли.

Иное дело, если предположить, что к Земле приближался второй спутник. В конце девонского периода он настолько приблизился, что скорость вращения нашей планеты стала возрастать и превзошла современную более чем в шесть раз. После столкновения с Землей этого спутника скорость вращения ее за счет приливного трения, вызываемого Луной, стала сокращаться и достигла современной величины.

Покрытая обломками спутника территория впоследствии опустилась и образовала гигантское понижение – Тихий океан. Тихий океан действительно сравнительно молодое образование. Самые древние отложения, поднятые с его дна, имеют верхнемеловой возраст. Кроме того, по данным К. Буркгарта, характер верхнеюрских отложений в чилийских Андах указывает на то, что к западу от них в то время существовал гигантский континент Пацифида. Существование этого континента доказывает также сходство ископаемых, фаун и флор Южной Америки, Австралии и Новой Зеландии. А отсутствие местных млекопитающих в Новой Зеландии и отсутствие плацентарных в Австралии указывает на то, что исчезла Пацифида еще до появления млекопитающих в Африке, Евразии и Америке, т.е. до начала третичного периода.

Так что вполне возможно, у нашей планеты был когда-то второй спутник.

Гигантское столкновение

На сегодняшний день самой популярной версией происхождения Луны считают теорию гигантского столкновения. Астрономы и ученые полагают, что спутник земли появился в результате того, что Земля примерно 4, 4 млрд лет назад столкнулась с другим небесным объектом огромных размеров. В научных кругах это гипотетическое небесное тело называют Тейя. Название дано в честь матери лунной богини Селены.

Как предполагается, небесное тело Тейя сформировалось и находилось на одной орбите с Землей. Две планеты постоянно находились на определенном расстоянии. Всё изменилось когда масса Тейи стала слишком большой. Тогда-то планета и начала свое приближение по узкой синусоиде к Земле и столкнулась с ней. Судя по всему удар пришелся по касательной. Расплавленная материя с нашей планеты вышла на орбиту, где из неё образовался спутник.

Но, все события были еще впереди. Когда на Земле в достатке появилась вода и образовалась тверди, Луна начало вызывать на планете Земля приливы и отливы. Вода, наполненная химическими веществами, заливала прибрежные территории, а затем отступала. Далее солнце согревало мокрую землю. В этой природной лаборатории могли образоваться нуклеотиды из простейших азотистых соединений и углеводов, а вскоре образовалась первая РНК.

Эта гипотеза объясняет необычно высокий момент импульса в системе Земля-Луна. Если проще говорить, то прибавилось большое количество вращательного движения, так как удар, судя по всему, сильно раскрутил планету. Этим объясняется и низкий уровень наклона лунной орбиты. Этим можно объяснить схожий химический состав Луны и Земли. Но в этой теории присутствуют и уязвимые места. Данная гипотеза не в силах объяснить, почему в лунном грунте содержатся легкие изотопы, которые при столкновении должны были исчезнуть.

Совместное формирование

В науке современности и советской науке преобладает теория о том, что Земля и Луна образовались из общего пылевого облака. Сторонники данной теории утверждают, что зародыш планеты не смог притянуть к себе все частицы, которые находились в зоне его досягаемости, они так и остались вертеться на орбите. В результате сформировался спутник, который состоял из той же материи, что и наша планета.

Отделение материи

Захват планеты

Данная теория основывается на том, что в свое время Земля захватила Луну. Считалось, что Луна в свое время была самостоятельной планетой в Солнечной системе. Но в результате неизвестных гравитационных потрясений орбита Луны приняла форму эллипса и пересеклась с земной. На этом этапе сила притяжения Земли захватила Луну.

На ранних этапах гравитационные бури в Солнечной системе были совсем не редкость. Но, в случае даже, если такие силы могли повлиять на молодую планету, то Луну должно было разорвать или отбросить гравитацией. Эта теория объясняет высокий момент импульса, но не даёт никакого ответа на вопрос, почему грунт нашей планеты и спутника так схожи по составу.

Испарение вещества

Читайте также: