Что показал анализ лунных пород кратко
Обновлено: 04.07.2024
Наука
Исследователи утверждают, что нашли свежие доказательства того, что наш спутник Луна была образована, когда объект, размером с Марс, столкнулся с Землей на ранних стадиях ее существования.
Анализ лунной породы, которая была доставлена миссией "Аполлон", показал, что в них содержатся более тяжелые формы цинка, а это является признаком столкновения, которое имело место миллиарды лет назад.
Без Луны, вероятно, на Земле не было бы жизни, потому что когда-то давно Луна вращалась вокруг нашей планеты куда ближе от ее поверхности, чем сегодня, что вызывало сильные приливы и отливы каждые несколько часов. Эти приливы и отливы вызвали серьезные колебания в содержании солей у линий побережья, что и толкнуло на эволюцию примитивные биомолекулы, похожие на ДНК.
Исследователь планет из Вашингтонского Университета в Сент-Луисе доктор Фредерик Мойнир (Frederic Moynier) считает, что содержание цинка, вероятно, поднялось, потому что более тяжелые атомы конденсируются из облака выпаренных пород быстрее, чем более легкие атомы.
Он проанализировал 20 образцов лунных пород, включая тот, что был доставлен космическим кораблем "Аполлон" в ходе программ под номерами 11, 12, 15 и 17. Все эти миссии были направлены в разные части спутника и на один из лунных метеоритов.
Доктор Мойнир сказал: "Мы хотели найти базальты, так как они являются материалом внутренней части Луны и могут многое рассказать о ее составе". Ученые стали искать разделение изотопов в лунных породах еще с тех пор, как на Землю был доставлен первый образец в 1970-х.
По сравнению с земными и марсианскими породами, лунные породы имеют меньшую концентрацию цинка, однако они богаты тяжелыми изотопами цинка. Величина разделения цинка на изотопы в лунной породе в 10 раз превышает то, что можно наблюдать в земных и марсианских породах, а это огромная разница, говорят ученые.
Земля и Марс имеют такой же состав изотопов, как хондритовые метеориты, которые, по мнению ученых, представляют оригинальный состав облака газа и пыли, из которого была сформирована Солнечная система.
Данные по изотопам цинка поддерживают теорию о мощном столкновении, в результате которого сформировалась система Земля-Луна. "Это исследование позволяет лучше понять происхождение нашей планеты, так как происхождение Луны является важной частью происхождения Земли", - сказал Мойнир.
Без стабильного влияния Луны Земля, скорее всего, была бы совершенно не тем миром, который мы видим сегодня. Ученые полагают, что Земля вращалась бы быстрее, дни были бы короче, погодные условия были бы более суровыми, а климат более хаотичным и экстремальным. Это был бы совсем негостеприимный мир, не пригодный для эволюции человека.
Теория гигантского столкновения
Согласно теории гигантского столкновения, предложенной на конференции в 1975 году, спутник Земли Луна образовалась в результате столкновения между молодой Землей и небесным телом под названием Тея (в греческой мифологии - мать Луны Селена).
Это столкновение было настолько мощным, что нам сложно его представить. Астероид, который убил динозавров, был размером с Манхэттен, когда как Тея, по некоторым предположениям, была размером с Марс.
Эта катастрофа вызвала такой всплеск энергии, что расплавила и выпарила Тею, а также часть мантии Земли. Луна образовалась из облака испаренной породы, часть которой осела на Землю.
Была ли Луна частью Земли?
Новая теория, которая была выдвинута учеными из Гарварда, которые провели отдельное исследование, предполагает, что Луна когда-то была частью Земли и откололась от нее в результате столкновения с другим объектом.
В своей работе, которая недавно появилась в журнале Science Сара Стюард и Матья Кук описали свои предположения и объяснили, почему Земля и Луна имеют похожую композицию и химический состав.
К моменту формирования Луны Земля вращалась быстрее, чем сегодня, а день длился всего лишь 2-3 часа. В тот момент, когда Земля крутилась с такой большой скоростью, во время столкновения от нее вполне мог отколоться достаточно большой кусок, из которого могла сформироваться Луна.
Согласно новой теории, позже Земля достигла современной скорости вращения из-за гравитационной взаимосвязи между ее орбитой вокруг Солнца и орбитой Луны вокруг Земли.
Исследователи отметили, что их теория идет в разрез с текущей лидирующей идей о том, что Луна сформировалась из материала того самого гигантского объекта, который врезался в Землю.
Долгое время ученые плохо представляли, на что похожа поверхность Луны. Если вы посмотрите на нее в бинокль или даже просто невооруженным глазом, то увидите, что она неоднородна. Часть диска будет неровной и светлой, а часть более гладкой и темной, чем-то напоминающей земные моря. Несколько столетий назад так думали и астрономы, и всерьез предполагали, что на Луне есть не только материки и океаны, но и, возможно, живые организмы.
В ответ на орбитальный полет Гагарина президент США Джон Кеннеди убедил Конгресс и пообещал американцам высадить к концу десятилетия человека на Луну. СССР развивал собственную программу, конечной целью которой также была экспедиция космонавтов на поверхность Луны в 1969-1970 году. На этом этапе более точные сведения о свойствах лунного грунта получили конкретную прагматическую ценность — чтобы успешно посадить аппарат на Луну, надо было знать, на что именно он будет садиться. Собирали их исследователи — как советские, так и американские — с помощью роботизированных аппаратов.
Позднее американские миссии Surveyor собрали более детальные данные о свойствах грунта, в том числе и о его химическом составе. Темные моря оказались схожи с земным базальтом — темной богатой железом магматической породой, а высокогорья возле молодого кратера Тихо оказались странным образом богаты алюминием.
1968 год. Поверхность Луны на снимке Surveyor 7
На что похож лунный грунт
Британская поговорка гласит, что Луна сделана из сыра, но это, конечно же, не так. На самом деле она состоит из каменистых пород, обломков и пыли. Ее верхний слой покрыт реголитом — рыхлым обломочно-пылевым материалом, толщина которого достигает нескольких десятков метров. Частицы реголита в среднем имеют размер от 60 до 80 микрометров — это пылинки толщиной с человеческий волос. Их цвет меняется от темно-серого до черного, с включениями крупных частиц с зеркальным блеском.
Если говорить о химическом и минеральном составе лунного грунта, то исследования доставленных на Землю образцов, выполненные с помощью оптического микроскопа и сканирующего электронного микроскопа, показывают, что он состоит из пяти основных компонентов:
- обломков изверженных пород,
- минералов,
- стекла, ударно-взрывного происхождения,
- уникальных для Луны агглютинатов, кластеров расплавленных частиц.
Частицы зерен на поверхности также можно разделить по происхождению на две группы: принадлежащие реголиту и принадлежащие коренной подстилающей породе.
Ткань скафандра с попавшими на нее частицами лунной пыли
Meteoriten-Deutschlands / wikimedia commons / CC BY-SA 4.0
Если говорить о химическом составе реголита, то он на 99 процентов состоит из кислорода (40-45 процентов), кремния, алюминия, кальция, железа, магния и титана. Оставшийся процент приходится на марганец, калий, натрий, фосфор. В число минералов, встречающихся в лунном грунте, вошли магматические горные породы габбро и норит и тяжелые рудные металлы, среди которых есть ильменит (титанистый железняк), оливин и силикатные породы.
Лунные истории
Микрофотография среза лунного базальта в поляризованном свете. Синие кристаллы — оливин, длинные серые — плагиоклазы, рыжие — пироксин, большинство темных зерен — ильменит.
G. Jeffrey Taylor
Так как экипаж приземлился в темном Море Спокойствия, специалисты из NASA предположили, что светлые зерна попали туда с близлежащих высокогорий, откуда они были выброшены ударами метеоритов. Также частицы грунта были схожи по составу с породами на высокогорном кратере Тихо, который исследовал роботизированный посадочный аппарат Surveyor 5. Модели, построенные на основе анализа размера кратеров (которыми Луна буквально усеяна), показали, что толщина светлого слоя должна составлять не менее десяти метров. Закономерно возник вопрос — откуда взялось столько пород, которые содержат минерал, образующийся в магме?
Армаколит — один из трех минералов, который сначала идентифицировали в пробах лунного грунта, и лишь затем нашли на Земле.
Thomas Witzke / wikimedia commons / CC BY-SA 3.0
Позднее геологи обнаружили, что земные вулканические породы и лунный грунт очень похожи по изотопному и химическому составу. А радиометрическое датирование образцов, привезенных астронавтами, показало, что их возраст достигает 4,4 миллиарда лет. На основе этого исследователи выдвинули достаточно красивую и наиболее популярную сегодня теорию. Согласно ей, Луна образовалась из земных пород, которые были выброшены на орбиту в результате столкновения с гипотетической планетой Тейей.
Kipp, M. E. & Melosh, H. J / Lunar and Planetary Science, 1982
Сегодня считается, что лунные вулканы прекратили активно извергаться 3,3 миллиарда лет назад. После этого внутренняя часть небесного тела остыла, и вулканическая активность стала ограничиваться очень небольшими участками. Сегодня поверхность спутника изменяется за счет внешних, а не внутренних воздействий. В основном, ее формируют падения метеоритов.
Новые вопросы
Луна обладает важными ресурсами, которые можно будет добывать прямо на месте. Как мы уже говорили ранее, реголит на 40 процентов состоит из кислорода, который потенциально можно будет извлекать через термо-химические реакции и использовать для производства ракетного топлива и поддержания систем жизнеобеспечения в поселениях. Также из лунного грунта, вероятно, можно будет получать драгоценные металлы (если их найдут) и гелий-3, который сохраняется в поверхностном слое. Последний пригоден для использования в качестве источника термоядерной энергии — по некоторым расчетам, его запасов хватит населению нашей планеты на пять тысяч лет (а то и на все десять). Правда, для этого нам еще предстоит освоить технологии создания подходящих для этого реакторов.
Группа ученых из Чикагского университета (США) провела исследование, в ходе которого была доказана идентичность состава земных и лунных пород.
Американские специалисты проанализировали соотношение изотопов титана-47 и титана-50 в пяти образца земных пород, 24 образцах, доставленных с лунной поверхности, а также в 27 метеоритах-хондритах.
Результаты исследования показали, что разброс значений содержания изотопов в образцах с Луны и земных не превышал сотых процента, тогда как метеоритные показатели отличались от земных в 5-6 раз.
Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что как Земля, так и Луна были образованы из одних и тех же веществ во процессе формирования Солнечной системы.
Эту статью могут комментировать только участники сообщества.
Вы можете вступить в сообщество одним кликом по кнопке справа.
Анализ лунных пород, доставленных американскими астронавтами на Землю, показывает, что они содержат следы минералов, из которых было сложено это гипотетическое небесное тело, получившее название Тея.
Результаты исследования опубликованы в журнале Science/
Ученые считают, что их открытие подтверждает высказанную много лет назад гипотезу об образовании Луны 4,5 млрд лет назад.
Планета Тея получила название в честь греческой богини, матери Селены, богини Луны.
Столкновение между Землей и Теей произошло на самом раннем этапе формирования Солнечной системы, когда она была наполнена полуоформленными скоплениями пыли и горных пород.
Однако эта теория, выдвинутая еще в начале 1980-х годов и хорошо укладывавшаяся в математические модели, до сих пор не имела материального подтверждения, так как не удавалось обнаружить следов Теи в образцах лунных пород.
Более ранние анализы свидетельствовали, что лунные породы имеют исключительно земное происхождение, в то время как компьютерные модели указывали на то, что Луна должна быть сложена в основном из пород Теи.
И вот теперь более тонкий анализ лунных пород привел ученых к выводу, что Луна действительно сложена из неземных пород.
Как говорит глава группы исследователей доктор Дэниэл Хервартц из Геттингенского университета, до этого открытия многие ученые вообще стали сомневаться в правильности теории образования Луны в результате столкновения.
"Однако сейчас мы обнаружили небольшие различия в изотопном составе между земными и лунными породами, что подтверждает теорию столкновения", - сообщил он Би-би-си.
Доктор Херватц и его коллеги измеряли различия в изотопном составе кислорода, содержащегося в земных и лунных породах. Но оказалось, что этот показатель почти идентичен для пород, из которых сложена Земля и из которых была сложена Тея.
Одно из объяснений этого странного факта заключается в том, что Тея сформировалась очень близко от Земли и поэтому имела сходный изотопный состав.
Если этот так, то существующее представление о том, что каждая планета в Солнечной системе должна иметь свой, характерный только для нее химический состав, нуждается в пересмотре.
Доктор Махеш Ананд из Открытого университета в Британии указывает, что данное исследование основано на анализе всего трех образцов лунных пород.
"Мы должны проявить осторожность, делая вывод о представительности этих пород для всей Луны, и поэтому требуется анализ новых образцов, взятых в других районах Луны", - говорит ученый.
Существует и ряд других теорий, объясняющих происхождение Луны. Так, профессор Роб де Мейер из Гронингенского университета в Нидерландах выдвинул весьма спорную теорию о том, что Луна сформировалась из обломков земных мантии и коры, выброшенных взрывом ядерных материалов на глубине 2900 км под поверхностью Земли.
По его словам, новые результаты анализа лунных пород не противоречат его теории.
"Различие в изотопном составе слишком мало, - считает он. - Мы так и не знаем, как сформировалась Луна. Нам нужны новые экспедиции на Луну с участием людей. Они смогут получить образцы лунных пород с большой глубины, которые не загрязнены падением метеоритов и солнечным ветром".
Читайте также: