|
Несколько слов из истории проблемы
Из планет внутренней части Солнечной системы, которые включают Меркурий, Венеру, Землю и Марс только Земля имеет массивный спутник – Луну. Спутники есть также у Марса: Фобос и Деймос, но это небольшие тела неправильной формы. Больший из них, Фобос, в максимальном измерении всего 20 км, в то время как диаметр Луны 3560 км.
Луна и Земля обладают разной плотностью. Это вызвано не только тем, что Земля имеет большие размеры и, следовательно, ее недра находятся под б?льшим давлением. Средняя плотность Земли, приведенная к нормальному давлению (1 атм) – 4.45 г/см 3 , плотность Луны – 3.3 г/см 3 . Различие обусловлено тем, что Земля содержит массивное железо-никелиевое ядро (с примесью легких элементов), в котором сосредоточено 32% массы Земли. Размер ядра Луны остается невыясненным. Но с учетом низкой плотности Луны и ограничения, налагаемого величиной момента инерции (0.3931) Луна не может содержать ядро, превосходящее 5% ее массы. Наиболее вероятным, исходя из интерпретации геофизических данных, считается интервал 1–3%, то есть радиус лунного ядра составляет 250–450 км.
К середине прошлого века сформировалось несколько гипотез происхождения Луны: отделение Луны от Земли; случайный захват Луны на околоземную орбиту; коаккреция Луны и Земли из роя твердых тел. Эта проблема до недавнего времени решалась специалистами в области небесной механики, астрономии и планетофизики. Геологи и геохимики в ней участия не принимали, поскольку о составе Луны до начала ее изучения космическими аппаратами ничего не было известно.
Уже в 30 гг. прошлого столетия было показано, что гипотеза отрыва Луны от Земли, выдвигавшаяся, кстати, Дж. Дарвиным, сыном Ч. Дарвина, несостоятельна. Суммарный вращательный момент Земли и Луны недостаточен для возникновения даже в жидкой Земле ротационной неустойчивости (потеря вещества под действием центробежной силы).
В 60-е гг. специалисты в области небесной механики пришли к выводу, что захват Луны на околоземную орбиту – крайне маловероятное событие. Оставалась гипотеза коаккреции, которая была разработана отечественными исследователями, учениками О.Ю. Шмидта В.С. Сафроновым и Е.Л. Рускол. Ее слабая сторона – неспособность объяснить разную плотность Луны и Земли. Изобретались хитроумные, но малоправдоподобные сценарии того, как Луна могла бы потерять избыточное железо. Когда стали известны детали химического строения и состава Луны, эта гипотеза была окончательно отвергнута. Как раз в середине 1970-х гг. появился новый сценарий образования Луны. Американские ученые А.Камерон и В. Уорд и одновременно В. Хартман и Д. Дэвис в 1975 г. предложили гипотезу образования Луны в результате катастрофического столкновения с Землей крупного космического тела, размером с Марс (гипотеза мегаимпакта). В результате огромная масса земной материи и частично материала ударника (небесного тела, столкнувшегося с Землей) расплавилась и была выброшена на околоземную орбиту. Этот материал быстро аккумулировался в компактное тело, которое стало Луной. Несмотря на кажущуюся экзотичность эта гипотеза стала общепринятой, поскольку она предлагала простое решение целого ряда проблем. Как показало компьютерное моделирование, с динамической точки зрения, столкновительный сценарий вполне осуществим. Сверх того, он дает объяснение повышенному значению углового момента системы Земля – Луна, наклону оси Земли. Легко объясняется и более низкое содержание железа в Луне, так как предполагается, что катастрофическое столкновение произошло после образования ядра Земли. Железо оказалось в основном сконцентрированным в ядре Земли, а Луна образовалась из каменного вещества земной мантии.
Рис. 1 – Столкновение Земли с небесным телом размером примерно с Марс, в результате которого произошел выброс расплавленного вещества, образовавшего Луну (гипотеза мегаимпакта).
Рисунок В.Е. Куликовского.
К середине 1970-х гг., когда на Землю доставили образцы лунного грунта, достаточно хорошо были изучены геохимические свойства Луны, и она по ряду параметров действительно показывала неплохое сходство с составом земной мантии. Поэтому такие видные геохимики, как А. Рингвуд (Австралия) и Х. Венке (Германия), поддержали гипотезу мегаимпакта. Вообще, проблема происхождения Луны из разряда астрономических перешла скорее в разряд геолого-геохимических, так как именно геохимические аргументы стали решающими в системе доказательств той или иной версии образования Луны. Эти версии различались лишь в деталях: относительные размеры Земли и ударника, каков был возраст Земли, когда произошло столкновение. Сама же ударная концепция считалась незыблемой. Между тем некоторые подробности геохимического анализа ставят под сомнение гипотезу в целом.
Проблема «летучих» и изотопного фракционирования
Вопрос дефицита железа на Луне играл решающую роль при обсуждении происхождения Луны. Другая фундаментальная проблема – сверхобедненность естественного спутника Земли летучими элементами – оставалась в тени.
Луна содержит во много раз меньше K, Na и других летучих элементов по сравнению с углистыми хондритами. Состав углистых хондритов рассматривается как наиболее близкий к первоначальному космическому веществу, из которого формировались тела Солнечной системы. В качестве «летучих» мы привычно воспринимаем соединения углерода, азота, серы и воду, которые легко испаряются при прогреве до температуры 100–200 о С. При температурах 300–500 о С, в особенности в условиях низких давлений, например, при соприкосновении с космическим вакуумом, летучесть свойственна элементам, которые мы обычно наблюдаем в составе твердых веществ. Земля тоже содержит мало летучих элементов, но Луна заметно обеднена ими даже по сравнению с Землей.
Казалось бы в этом нет ничего удивительного. Ведь в соответствии с ударной гипотезой предполагается, что Луна образовалась в результате выброса расплавленного вещества на околоземную орбиту. Понятно, что при этом часть вещества могла испариться. Все бы хорошо объяснялось, если бы не одна деталь. Дело в том, что при испарении происходит явление, называемое фракционированием изотопов. Например, углерод состоит из двух изотопов 12 С и 13 С, кислород имеет три изотопа – 16 О, 17 О и 18 О, элемент Mg содержит стабильные изотопы 24 Mg и 26 Mg и т.д. При испарении легкий изотоп опережает тяжелый, поэтому остаточное вещество должно обогатиться тяжелым изотопом того элемента, который был утрачен. Американский ученый Р. Клейтон с сотрудниками показал экспериментально, что при наблюдаемой потере калия Луной отношение 41 K/ 39 K должно было бы измениться в ней на 60‰ . При испарении 40% расплава изотопное отношение магния (26 Mg/ 24 Mg) изменилось бы на 11–13‰, а кремния (30 Si/ 28 Si) – на 8–10‰. Это очень большие сдвиги, если учесть, что современная точность измерения изотопного состава этих элементов не хуже 0.5‰. Между тем никакого сдвига изотопного состава, то есть каких-либо следов изотопного фракционирования летучих в лунном веществе не обнаружено.
Возникла драматическая ситуация. С одной стороны импактная гипотеза была провозглашена незыблемой, особенно в американской научной литературе, с другой – она не совмещалась с изотопными данными.
Р. Клейтон (1995 г.) отмечал: «Эти изотопные данные несовместимы почти со всеми предложенными механизмами обеднения летучими элементами путем испарения конденсированного вещества». Х. Джонс и Х. Палме (2000 г.) заключили, что «испарение не может рассматриваться в качестве механизма, приводящего к обеднению летучими из-за неустранимого изотопного фракционирования».
Модель образования Луны
Десять лет назад я выдвинул гипотезу, смысл которой состоял в том, что Луна сформировалась не вследствие катастрофического удара, а как двойная система одновременно с Землей в результате фрагментации облака пылевых частиц. Так образуются двойные звезды. Железо, которым Луна обеднена, было утрачено вместе с другими летучими в результате испарения.
Рис. 2 – Формирование Земли и Луны из общего пылевого диска в соответствии с гипотезой автора о происхождении Земли и Луны как двойной системы.
Но может ли в действительности возникнуть такая фрагментация при тех значениях массы, углового момента и прочего, которые имеет система Земля – Луна? Это оставалось неизвестным. Несколько исследователей объединились в группу для изучения этой проблемы. В нее вошли известные специалисты в области космической баллистики: академик Т.М. Энеев, еще в 70-е г.г. исследовавший возможность аккумуляции планетных тел путем объединения пылевых сгущений; известный математик академик В.П. Мясников (к сожалению, уже ушедший из жизни); крупный специалист в области газодинамики и суперкомпьютеров член-корреспондент РАН А.В. Забродин; доктор физико-математических наук М.С. Легкоступов; доктор химических наук Ю.И. Сидоров. Позже к нам присоединился доктор физико-математических наук, специалист в области компьютерного моделирования А.М. Кривцов из Санкт-Петербурга, внесший существенный вклад в решение проблемы. Наши усилия были направлены на решение динамической задачи образования Луны и Земли.
Однако идея утраты Луной железа в результате испарения, казалось бы, находилась в таком же противоречии с отсутствием следов изотопного фракционирования на Луне, как и импактная гипотеза. На самом деле здесь наблюдалось замечательное различие. Дело в том, что изотопное фракционирование происходит, когда изотопы необратимо покидают поверхность расплава. Тогда, вследствие большей подвижности легкого изотопа возникает кинетический изотопный эффект (приведенные выше величины изотопных сдвигов обусловлены именно этим эффектом). Но, возможна другая ситуация, когда испарение происходит в закрытой системе. В этом случае испарившаяся молекула может вновь вернуться в расплав. Тогда устанавливается некоторое равновесие между расплавом и паром. Понятно, что более летучие компоненты накапливаются в паровой фазе. Но вследствие того, что существует как прямой, так и обратный переход молекул между паром и расплавом изотопный эффект оказывается очень небольшим. Это –термодинамический изотопный эффект. При повышенных температурах он может быть пренебрежимо мал. Идея закрытой системы неприменима к расплаву, выброшенному на околоземную орбиту и испаряющемуся в космическое пространство. Но она вполне соответствует процессу, протекающему в облаке частиц. Испаряющиеся частицы окружены своим паром, и облако в целом находится в условиях закрытой системы.
Рис. 3 – Кинетический и термодинамический изотопные эффекты: а) кинетический изотопный эффект при испарении расплава приводит к обогащению пара легкими изотопами летучих элементов, а расплава – тяжелыми изотопами; б) термодинамический изотопный эффект, возникающий при равновесии между жидкостью и паром. Он может быть пренебрежимо мал при повышенных температурах; в) закрытая система частиц, окруженных своим паром. Испарившиеся частицы могут вновь возвращаться в расплав.
Предположим теперь, что облако сжимается в результате гравитации. Происходит его коллапс. Тогда перешедшая в пар часть вещества выжимается из облака, а оставшиеся частицы оказываются обедненными летучими. При этом фракционирования изотопов почти не наблюдается!
Было рассмотрено несколько версий решения динамической задачи. Наиболее удачной оказалась модель динамики частиц (вариант модели молекулярной динамики), предложенная А.М. Кривцовым.
Представим, что имеется облако частиц, каждая из которых движется в соответствии с уравнением второго закона Ньютона, как известно, включающего массу, ускорение и силу, вызывающую движение. Сила взаимодействия между каждой частицей и всеми остальными частицами f включает несколько слагаемых: гравитационное взаимодействие, упругую силу, действующую при соударении частиц (проявляется на очень малых расстояниях), и неупругую часть взаимодействия, в результате которого энергия столкновения переходит в тепло.
Необходимо было принять определенные начальные условия. Решение проводилось для облака частиц, имеющего массу системы Земля – Луна, и обладающего угловым моментом, характеризующим систему этих тел. На самом деле данные параметры для первоначального облака могли несколько отличаться как в большую, так и в меньшую сторону. Исходя из удобства компьютерного расчета, рассматривалась двумерная модель – диск c неравномерно распределенной поверхностной плотностью. С целью описать поведение реально трехмерного объекта в параметрах двумерной модели вводились критерии подобия при помощи безразмерных коэффициентов. Еще одно условие: нужно было приписать частице помимо угловой некую хаотическую скорость. Математические выкладки и некоторые другие технические подробности здесь можно опустить.
Компьютерный расчет модели, основанной на приведенных принципах и условиях, хорошо описывает коллапс облака частиц. При этом формировалось центральное тело повышенной температуры. Однако не было главного. Не происходила фрагментация облака частиц, то есть возникало одно тело, а не двойная система Земля – Луна. Вообще говоря, в этом ничего неожиданного не было. Как уже упоминалось, попытки смоделировать образование Луны путем отрыва от быстро вращающейся Земли и ранее оказывались безуспешными. Угловой момент системы Земля-Луна был недостаточен для разделения общего тела на два фрагмента. То же получилось и с облаком частиц.
Однако ситуация коренным образом изменилась, когда приняли во внимание явление испарения.
Процесс испарения с поверхности частицы вызывает эффект отталкивания. Сила этого отталкивания обратно пропорциональна квадрату расстояния от испаряющейся частицы:
где λ – коэффициент пропорциональности, учитывающий величину потока, испаряющегося с поверхности частицы; m – масса частицы.
Структура формулы, характеризующей газодинамическое отталкивание, выглядит аналогично выражению для гравитационной силы, если вместо λ подставить γ - гравитационную постоянную. Строго говоря, полного подобия этих сил нет, так как гравитационное взаимодействие является дальнодействующим, а отталкивающая сила испарения – локальной. Тем не менее, в первом приближении их можно объединить:
Отсюда получается некая эффективная постоянная γ", меньшая, чем γ.
Ясно, что уменьшение коэффициента γ приведет к появлению ротационной неустойчивости при меньших значениях углового момента. Вопрос в том, каков должен быть поток испарения, чтобы требования к начальной угловой скорости облака снизились настолько, чтобы реальный угловой момент системы Земля – Луна, оказался достаточным для появления фрагментации.
Выполненные оценки показали, что поток должен быть совсем небольшим и вписываться во вполне правдоподобные значения времени и массы. А именно, для хондр (сферических частиц, из которых состоят метеориты хондриты) размером примерно 1мм, с температурой порядка 1000 К и плотностью ~ 2 г/см 3 , поток должен составлять величину примерно 10–13 кг/м 2 с. В этом случае уменьшение массы испаряющейся частицы на 40% займет время порядка (3 - 7) 10 4 лет, что согласуется с возможным порядком 10 5 лет для временной шкалы начальной аккумуляции планетных тел. Компьютерное моделирование с использованием реальных параметров отчетливо показало появление ротационной неустойчивости, завершающейся формированием двух нагретых тел, одному из которых предстоит стать Землей, а другому – Луной.
Рис. 4 – Компьютерная модель коллапса облака испаряющихся частиц. Показаны последовательные фазы фрагментации облака (а – г) и образования двойной системы (д – е). В расчете использовались реальные параметры, характеризующие систему Земля – Луна: кинетический момент K = 3.45 10 34 кг м 2 с –1 ; общая масса Земли и Луны M = 6.05 10 24 кг, радиус твердого тела с общей массой Земли и Луны Rc = 6.41 10 6 м; гравитационная постоянная
"гамма" = 6.67 10 –11 кг –1 м 3 с –2 ; начальный радиус облака R0 = 5.51 Rc; число расчетных частиц N = 10 4 , значение потока испарения 10 –13 кг м –2 с –1 , отвечающее приблизительно 40% испарению массы частиц с размером хондры порядка 1 мм в течение 10 4 – 10 5 лет. Рост температуры условно показан изменением цвета от синего к красному.
Таким образом, предложенная динамическая модель объясняет возможность возникновения двойной системы Земля – Луна. При этом испарение приводит к утрате летучих элементов в условиях практически закрытой системы, обеспечивающей отсутствие заметного изотопного эффекта.
Проблема дефицита железа
Объяснение дефицита железа на Луне по сравнению с Землей (и первичным космическим веществом – углистыми хондритами) в свое время стало наиболее убедительным аргументом в пользу импактной гипотезы. Правда и здесь у импактной гипотезы имеются трудности. Действительно, Луна содержит меньше железа, чем Земля, но больше, чем земная мантия, из которой, как считается, она образовалась. Возможно, Луна унаследовала дополнительно железо ударника. Но тогда она должна быть обогащена не только железом относительно земной мантии, но и сидерофильными элементами (W, P, Mo, Co, Cd, Ni, Pt, Re, Os и др.), сопровождающими железо. В расплавах железо-силикат они присоединяются к железной фазе. Между тем Луна обеднена сидерофильными элементами, хотя в ней больше железа, чем в земной мантии. В последних моделях, чтобы согласовать ударную гипотезу с наблюдениями, все больше увеличивают массу ударника, столкнувшегося с Землей, и делается вывод о его преобладающем вкладе в состав вещества Луны. Но здесь возникает новое осложнение для импактной гипотезы. Вещество Луны, как следует из изотопных данных, строго родственно веществу Земли. Действительно, изотопные составы образцов Луны и Земли лежат на одной линии в координатах δ 18 О и δ 17 О (отношение изотопов кислорода 17 O и 18 O к 16 O). Так ведут себя образцы, принадлежащие одному и тому же космическому телу. Образцы других космических тел занимают другие линии. До тех пор, пока Луна считалась образовавшейся из вещества мантии, совпадение изотопных характеристик свидетельствовало в пользу этой гипотезы. Однако, если вещество Луны в существенной мере образовано из вещества неизвестного небесного тела, совпадение изотопных характеристик уже не поддерживает ударную гипотезу.
Рис. 5 – Сравнительное содержание железа (Fe) и окиси железа (FeO) в Земле и Луне.
Рис. 6 – Диаграмма отношений изотопов кислорода δ 17 О и δ 18 О (δ 17 О и δ 18 О – величины, характеризующие сдвиги изотопных отношений кислорода 17 О/ 16 О и 18 О/ 16 О, относительно принятого стандарта SMOW). На этой диаграмме образцы Луны и Земли ложатся на общую линию фракционирования, что указывает на генетическое родство их состава.
Сверхобедненность Луны летучими элементами и роль испарения в динамике формирования системы Земля – Луна позволяют совершенно иначе истолковать проблемы дефицита железа.
На основании нашей модели предстоит выяснить, как возникает обедненность Луны железом, и почему Луна обеднена железом, а Земля – нет, при том, что в результате фрагментации возникают два аналогичных по условиям образования тела.
Лабораторные эксперименты показали, что железо – тоже относительно летучий элемент. Если испарять расплав, который имеет первичный хондритовый состав, то после испарения наиболее легколетучих компонентов (соединений углерода, серы и ряда других) начнут испаряться щелочные элементы (K, Na), а затем наступит очередь железа. Дальнейшее испарение приведет к улетучиванию Si, за ним Mg. В конечном счете расплав обогатится наиболее трудно летучими элементами Al, Ca, Ti. Перечисленные вещества относятся к числу породообразующих элементов. Они входят в состав минералов, слагающих основную массу (99%) пород. Другие элементы образуют примеси и второстепенные минералы.
Рис. 7 – После образования двух горячих зародышей (красные пятна), значительная часть более холодного (зеленый и синий цвет) материала исходного облака частиц остается в окружающем пространстве (размеры частиц увеличены).
Примечание: Ядро Земли (учтена его масса, составляющая 32% массы планеты) содержит, помимо железа никель и другие сидерофильные элементы, а также до 10% примеси легких элементов. Это могут быть кислород, сера, кремний, с меньшей вероятностью - примеси других элементов. Данные для Луны взяты по С. Тейлору (1979). Оценки состава Луны сильно варьируют у разных авторов. Нам представляется, что оценки С. Тейлора наиболее обоснованы (Галимов, 2004).
Луна обеднена Fe и обогащена трудно летучими элементами: Al, Ca, Ti. Более высокое содержание Si и Mg в составе Луны – это иллюзия, вызванная дефицитом железа. Если утрата летучих обусловлена процессом испарения, то содержание только наиболее трудно летучих элементов останется неизменным по отношению к исходному составу. Поэтому, чтобы производить сравнение между хондритами (CI), Землей и Луной, следует отнести все концентрации к элементу, содержание которого предполагается неизменным.
Тогда отчетливо выявляется обедненность Луны не только железом, но и кремнием и магнием. Исходя из экспериментальных данных, этого следовало ожидать при существенной потере железа в процессе испарения.
А. Хашимото (1983) подвергал испарению расплав, который изначально имел хондритовый состав. Анализ его эксперимента обнаруживает, что при 40% испарения, остаточный расплав приобретает состав, почти аналогичный лунному. Таким образом, состав Луны, в том числе наблюдаемый дефицит железа, могут быть получены при образовании спутника Земли из первичного хондритового вещества. И тогда нет необходимости в гипотезе катастрофического удара.
Асимметрия роста зародышей Земли и Луны
Остается второй из заданных выше вопросов – почему Земля не обеднена железом, а также кремнием и магнием в той же степени, что и Луна. Ответ на него потребовал решения еще одной компьютерной задачи. Прежде всего, отметим, что после фрагментации и образования в коллапсирующем облаке двух горячих тел, остается большое количество вещества в окружающем их облаке частиц. Окружающая масса вещества остается холодной по сравнению с относительно высокотемпературными консолидированными зародышами.
Рис. 8 – Компьютерное моделирование показывает, что больший из образовавшихся зародышей (красный цвет) развивается гораздо быстрее и аккумулирует большую часть оставшегося исходного облака частиц (синий цвет).
Первоначально оба фрагмента, как тот, которому предстояло стать Луной, так и тот, которому предстояло стать Землей, были обеднены летучими и железом практически в одинаковой степени. Однако компьютерное моделирование показало, что если один из фрагментов оказался (случайно) несколько большей массы, чем другой, то дальнейшая аккумуляция вещества протекает крайне асимметрично. Зародыш большего размера растет гораздо быстрее. С увеличением разницы в размерах лавинообразно возрастает различие скоростей аккумуляции вещества из оставшейся части облака. В результате зародыш меньшего размера лишь немного изменяет свой состав, в то время как зародыш большего размера (будущая Земля), аккумулирует практически все первичное вещество облака и в конечном счете приобретает состав, весьма близкий к составу первичного хондритового вещества, за исключением наиболее летучих компонентов, безвозвратно покидающих коллапсирующее облако. Заметим еще раз, что утрата летучих элементов в этом случае происходит не за счет испарения в пространстве, а за счет выжимания остаточного пара коллапсирующим облаком.
Таким образом, предложенная модель объясняет сверхобедненность Луны летучими и дефицит железа в ней. Главная особенность модели –введение в рассмотрение фактора испарения, причем в условиях, исключающих или сводящих к малым величинам фракционирование изотопов. Этим преодолевается фундаментальная трудность, с которой сталкивается гипотеза мегаимпакта. Фактор испарения впервые позволил получить математическое решение развития двойной системы Земля – Луна при реальных физических параметрах. Нам представляется, что предложенная нами новая концепция происхождения Луны из первичного вещества, а не из мантии Земли, лучше согласуется с фактами, чем американская гипотеза мегаимпакта.
Предстоящие задачи
Хотя ответы на многие вопросы были получены, еще немало их остается, и встает новая крупная проблема. Она состоит в следующем. Мы в своих расчетах исходили из того, что Земля и Луна, по крайней мере их зародыши размером 2–3 тыс. км, возникли из облака частиц. Между тем существующая теория аккумуляции планет описывает образование планетных тел как результат соударения твердых тел (планетезималей) сначала метрового, потом километрового, стокилометрового и т.д. размеров. Следовательно, наша модель требует, чтобы в течение ранней стадии развития протопланетного диска в нем возникали и росли до почти планетарной массы крупные сгущения пыли, а не ансамбль твердых тел. Если это действительно так, то речь идет не только о модели происхождения системы Земля – Луна, но и о необходимости пересмотра теории аккумуляции планет в целом.
Остаются вопросы, касающиеся следующих аспектов гипотезы:
- необходим более детальный расчет температурного профиля в коллапсирующем облаке, совмещенный с термодинамическим анализом распределения элементов в системе частица – пар на разных уровнях этого профиля (пока это не сделано, модель остается скорее качественной гипотезой);
- следует получить более строгое выражение для газодинамического отталкивания с учетом локального характера действия этой силы в отличие от гравитационного взаимодействия.
- в модели оставлен в стороне вопрос о влиянии Солнца, произвольно выбран радиус диска и не рассмотрено деформирующее влияние столкновения сгущений при формировании диска.
- для получения более строгого решения важно было бы перейти к трехмерной постановке задачи и увеличить число модельных частиц;
- необходимо рассмотреть случаи формирования двойной системы из протодиска меньшей массы, чем суммарная масса Земли и Луны, так как вполне вероятно, что процесс аккумуляции происходил в две стадии – на ранней стадии – коллапс пылевого сгущения с образованием двойной системы, а на поздней стадии – дополнительный рост за счет соударения образовавшихся к тому времени в Солнечной системе твердых тел;
- в динамической части нашей модели остается не разработанным вопрос о причине высокого значения начального момента вращения системы Земля – Луна и заметного наклона оси Земли к плоскости эклиптики, в то время как гипотеза мегаимпакта такое решение предлагает.
Ответы на эти вопросы в значительной мере зависят от общего решения упомянутой выше проблемы эволюции сгущений в протопланетном вокругсолнечном газопылевом диске.
Наконец, следует иметь в виду, что наша гипотеза предполагает некоторые элементы гетерогенной аккреции (послойное формирование небесного тела), правда в смысле, противоположном принятому. Сторонники гетерогенной аккреции предполагали, что у планет сначала тем или иным способом образуется железное ядро, а затем уже нарастает преимущественно силикатная оболочка мантии. В нашей модели первоначально возникает зародыш, обедненный железом, и лишь последующая аккумуляция приносит обогащенный железом материал. Понятно, это существенным образом видоизменяет процесс формирования ядра и связанные с ним условия фракционирования сидерофильных элементов, и другие геохимические параметры. Таким образом, предложенная концепция открывает новые аспекты исследования в динамике формирования солнечной системы и в геохимии.
Содержание статьи
ЛУНЫ ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ИСТОРИЯ. Истории Луны интересна не только сама по себе, но и как часть общей проблемы происхождения Земли и других планет Солнечной системы. В последнее время мы много узнали о физических и химических характеристиках Луны. Эти данные получены не только с Земли, но и с помощью космических аппаратов. Например, автоматические станции «Сервейор-5, -6 и -7», мягко севшие на Луну в 1967 и 1968, впервые позволили определить ее химический состав. Образцы лунных пород и пыли, доставленные американскими астронавтами по программе «Аполлон» (1969–1972) и советскими автоматическими аппаратами серии «Луна» (1970–1976), дали возможность детально измерить их химические и физические характеристики и установить по ним возраст Луны.
Полученные данные позволяют узнать многое об истории Луны, но вопрос о ее происхождении все равно остается трудным. Существует несколько теорий возникновения Луны. Согласно одной из них, Луна – это часть Земли, некогда оторвавшаяся от нее. Другая теория рассматривает Землю и Луну как двойную планету, сформировавшуюся при аккумуляции одного и того же вещества в пространстве. Третья теория утверждает, что Луна сформировалась независимо и затем была захвачена Землей.
Возраст лунной поверхности.
Крупные детали на поверхности Луны образовались в основном вследствие метеоритной бомбардировки. Только темные моря наверняка связаны с вулканической деятельностью, с извержением богатой железом базальтовой лавы.
Определение возраста лунных пород радиоизотопным методом показало, что некоторые образцы, доставленные «Аполлоном-17», имеют возраст 4,6 млрд. лет, т.е. почти тот же возраст, что и сама Луна. Однако большая часть материковых пород моложе примерно на 700 млн. лет. Это указывает, что активная бомбардировка Луны закончилась 3,9 млрд. лет назад, оставив после себя огромные круглые воронки, такие как Море Дождей и Море Восточное. Морской базальт еще моложе: от 3,9 до чуть более 3,0 млрд. лет. Однако анализ изотопов четко показывает, что разделение химических элементов в недрах Луны произошло 4,3 млрд. лет назад. Примерно в это время сформировались истоковые области основных лунных пород. См . РАДИОУГЛЕРОДНОЕ ДАТИРОВАНИЕ.
По окончании извержения последней морской лавы (вероятно, в Море Дождей) самым значительным событием в истории Луны было образование кратеров, таких, как Коперник (850 млн. лет назад) и постепенное нарастание толстого пылевого слоя – лунного реголита – под действием ударов мелких метеоритов и ионизующего облучения.
Поскольку лунные детали не сильно изменились за время существования Солнечной системы, по ним можно судить о самых ранних эпизодах в истории системы Земля – Луна. Тот факт, что большинство лунных кратеров гораздо старше самых древних земных пород, помогает понять, почему на Земле мы не встречаем крупных ударных бассейнов: обладая более мощным гравитационным полем, Земля в первые 700 млн. лет существования Солнечной системы должна была подвергаться более интенсивной бомбардировке, чем Луна, но активные геологические процессы на Земле уничтожили все свидетельства той бомбардировки.
Жесткость.
Различные данные позволяют заключить, что Луна значительно более жесткий объект, чем Земля, а значит, температура в недрах Луны была относительно невысокой. Изучение орбиты Луны и ее либраций показало, что фигура Луны представляет собой трехосный эллипсоид. Эта форма не соответствует той, которую должна была бы принять Луна под действием собственной силы тяжести, гравитационного поля Земли и центробежных сил, вызванных вращением Луны. Для поддержания этой неправильной формы требуется, чтобы Луна была жесткой, по крайней мере в своих внешних слоях.
Области большой концентрации массы – масконы, открытые в 1968 под лунной поверхностью, также указывают на достаточную жесткость внешних оболочек Луны. Масконы располагаются под круглыми морями, сформировавшимися в результате мощных столкновений (например, Море Дождей, Море Ясности, Море Кризисов, Море Нектара и Море Влажности), а также под областями, которые в прошлом могли быть морями, но затем оказались покрыты ударными кратерами. Масконы демонстрируют, что на Луне, по крайней мере в областях, лежащих над масконами, отсутствует изостазия – известное на Земле явление, при котором массивные блоки коры медленно тонут до тех пор, пока не достигнут равновесия с остальными участками коры.
Для объяснения масконов предложены различные гипотезы: 1) это остатки упавших на Луну тел. Возникшие при ударе кратеры должны были заполниться расплавленными силикатами, фрагментами породы и пылью, образовав ровную морскую поверхность. При разумных допущениях эта идея обеспечивает хорошее согласие наблюдаемого избытка массы с возможной массой падавших объектов; 2) масконы образованы потоками лавы, заполнившей большие ударные бассейны. Однако трудно поверить, что миллионы кубических километров лавы могли излиться в эти области и затем не растечься; 3) это наружные «пробки» плотного вещества мантии, застывшего в местах столкновений.
Плотность и химический состав.
Средняя плотность Луны 3,34 г/см 3 . Это близко к плотности метеоритов хондритов, т.е. солнечного вещества, за исключением наиболее летучих его компонентов, таких, как водород и углерод. Плотность Луны близка и к плотности земной мантии; по крайней мере, это не противоречит гипотезе о том, что Луна некогда оторвалась от Земли. Значительно более высокая средняя плотность Земли (5,5 г/см 3) в основном обусловлена плотным железным ядром. Низкая плотность Луны означает отсутствие у нее заметного железного ядра. Более того, момент инерции Луны свидетельствует о том, что это шар однородной плотности, покрытый анортозитовой (богатый кальцием полевой шпат) корой толщиной 60 км, что подтверждается сейсмическими данными. См . ЗЕМЛЯ; МЕТЕОРИТ.
Основными лунными породами являются: 1) морские базальты, более или менее богатые железом и титаном; 2) материковые базальты, богатые камнем, редкоземельными элементами и фосфором; 3) алюминиевые материковые базальты – возможный результат ударного плавления; 4) магматические породы, такие, как анортозиты, пироксениты и дуниты.
Реголит (см. выше ) состоит из фрагментов основной породы, стекла и брекчии (порода, состоящая из сцементированных угловатых обломков), образовавшихся из основных типов пород. Лунные породы не полностью схожи с земными. Обычно лунные базальты содержат больше железа и титана; анортозиты на Луне более обильны, а летучих элементов, таких, как калий и углерод, в лунных породах меньше. Лунные никель и кобальт, вероятно, были замещены расплавленным железом еще до окончания формирования Луны. См . БАЗАЛЬТ; БРЕКЧИЯ; ГЕОЛОГИЯ; МИНЕРАЛЫ И МИНЕРАЛОГИЯ.
Тепловая история.
Современная температура лунных недр зависит от ее начальной температуры и тепла, выделившегося и сохранившегося с момента ее образования. Начальная высокая температура внешних слоев Луны в основном обязана кинетической энергии вещества, падавшего на Луну на заключительной стадии ее формирования. Определенный вклад мог внести и короткоживущий изотоп алюминий-26. Вместе эти явления могли породить «океан» расплавленной магмы глубиной в сотни километров и дефицит летучих элементов.
Выделение тепла в глубоких слоях Луны зависит от концентрации радиоактивных изотопов уран-235, уран-238, торий-232 и, в меньшей степени, калий-40. Сохранение этого тепла зависит от теплопроводности внешних слоев Луны. Тепловой поток из лунных недр был измерен экспедициями «Аполлон-15 и -16» и показал относительно высокое содержание урана и тория на фоне дефицита других тугоплавких элементов. Современный температурный профиль Луны, т.е. ход температуры с глубиной, был изучен в экспериментах по электропроводности. Оказалось, что температура плавления достигается лишь на глубине 1000 км; это согласуется с сейсмическими данными о небольшом расплавленном ядре и глубине очагов лунотрясений около 800 км.
Происхождение.
В конце 19 в. Дж.Дарвин предположил, что Луна оторвалась от Земли в результате резонанса колебаний. Если объединить Луну и Землю, то период вращения составил бы примерно 4 ч. Период естественных колебаний Земли, по мнению ученых 19 в., был около 2 ч. Это указывает, что мог возникнуть резонанс, приводящий к усилению колебаний до такой степени, что от единого тела мог оторваться небольшой «кусочек» – Луна. Но теперь известно, что период собственных колебаний Земли короче 1 ч. Кроме того, затухание колебаний, вызванное сильным внутренним трением, не позволило бы им достичь большой амплитуды. К тому же только что отделившаяся Луна должна была бы обращаться по орбите быстрее Земли, и приливные силы вернули бы ее обратно.
Теорию отделения Луны пытались недавно возродить идеей о том, что момент инерции Земли уменьшился, когда ее вещество разделилось на металлическое ядро и силикатную мантию; от этого возросла скорость вращения, что и заставило часть вещества оторваться в качестве самостоятельного тела. Но все равно для этого требуется высокая начальная скорость вращения Земли, чтобы гигантская энергия вращения затем диссипировала в тепло земных недр, а большая часть момента была бы унесена из системы Земля – Луна, например, путем выброса значительной массы (что выглядит уж совсем невероятно). Итак, проблемы, связанные с сохранением энергии и момента импульса, делают теорию отделения Луны от Земли маловероятной. Последние химические данные, особенно в отношении железа и редкоземельных элементов, показали, что состав лунной поверхности существенно отличается от земной. Поэтому теорию отделения сейчас не рассматривают всерьез.
Ряд других теорий происхождения Луны основан на том, что она могла образоваться при объединении мелких частиц, движущихся по орбите вокруг первобытной Земли. В одной из моделей Земля и Луна формируются из единого газового облака как двойная планета. Но это маловероятно, поскольку по химическому составу Луна отличается от Земли, имеющей большое железо-никелевое ядро. Потерять же большую массу газа такая крупная планета, как Земля, не могла.
Другая теория двойной планеты утверждает, что Луна образовалась из облака мелких твердых частиц, обращавшихся вокруг Земли на последней стадии ее формирования. Предполагается, что эти частицы отличались от Земли по химическому составу и содержали больше воды или меньше тяжелых элементов, таких, как никель и железо. Но если было так, то система Земля – Луна должна была бы иметь больший удельный момент импульса, чем это следует из соотношения между массой и моментом для планет. По оценкам, Луна могла бы сформироваться из таких частиц за очень короткое время – примерно за 80 лет. В этом случае Луна была бы горячей, вопреки указанным выше фактам.
Теория захвата Луны популярна среди ученых, хотя на первый взгляд она кажется маловероятной, поскольку при захвате Луна должна была бы потерять большую энергию, равную Gm 1 m 2 /2c , где m 1 и m 2 – массы Земли и Луны, G – гравитационная постоянная, c – большая полуось орбиты (среднее расстояние между Землей и Луной). Предлагались различные механизмы захвата. В одном из них Луна была захвачена на обратную орбиту (т.е. обращалась вокруг Земли в направлении, противоположном движению большинства тел Солнечной системы); затем приливное влияние Земли уменьшило лунную орбиту и перевернуло ее плоскость, т.е. сначала орбита стала полярной, а затем прямой, с привычным нам направлением обращения; после этого размер орбиты начал возрастать. В точке наибольшего сближения с Землей расстояние до Луны было 2,9 земных радиуса. В этом случае потеря энергии должна составить 10 килоджоулей на каждый грамм лунного вещества, что примерно вчетверо больше энергии, необходимой для полного плавления Луны. Поэтому такую теорию трудно принять.
Согласно другой теории, сначала было захвачено несколько небольших лун, а позже из них сформировалась современная Луна. Только после этого приливные эффекты стали играть заметную роль, поэтому маленькие спутники могли находиться вблизи Земли длительное время. Разрушительный захват, в результате которого Луну буквально разорвало, когда она прошла вблизи Земли, мог бы объяснить потерю ею первоначального железа. С другой стороны, захват при столкновении мог бы объяснить сравнительно позднюю бомбардировку Луны. При этом избыток энергии был израсходован при столкновениях с малыми лунами, а бомбардировка происходила, когда Луна, удаляясь от Земли, встречалась с оставшимися спутниками.
По имеющимся данным можно предположить, что Земля сформировалась с периодом вращения около 10 ч, что дало ей большой удельный момент импульса. Одна Луна (или несколько лун) была захвачена Землей; эта Луна (или луны), обращаясь вокруг Земли, присоединяла к себе прочие тела, а некоторые выбрасывала с околоземной орбиты на околосолнечную. При этом Луна обращалась в прямом направлении по орбите с главной полуосью около 40 земных радиусов, которая не лежала в плоскости экватора Земли. Быстрое удаление Луны от Земли должно было начаться лишь в недавнем геологическом прошлом, когда океаны и континентальный шельф стали достаточно мощными, чтобы усилить приливное трение.
Теории захвата предполагают, что луноподобные объекты сформировались где-то до их захвата. Вполне вероятно, что этому способствовало наличие различных газов. Газовым телам свойственна гравитационная неустойчивость; это является главной причиной формирования звезд (см . ГРАВИТАЦИОННЫЙ КОЛЛАПС) . Этот же процесс мог способствовать аккумуляции твердых частиц в протопланетном облаке вокруг Солнца. Позже энергия излучения и вращающееся магнитное поле вытеснили газ из облака, а твердые тела остались на гелиоцентрических орбитах.
Луна – весьма необычный спутник. Только Харон – спутник Плутона, открытый в 1978, еще более массивен по отношению к своей планете. Если бы теории отрыва от Земли или теории двойной планеты были верны, то выглядело бы странным, почему Венера, столь похожая на Землю по массе и расстоянию от Солнца, не имеет спутника. Более того, Венера вращается в обратную сторону. Если бы у Меркурия, Венеры, Земли и Марса имелись большие спутники, двигающихся в прямом направлении, то Галилей и все ученые после него согласились бы, что эти спутники оторвались от своих планет или образовались вместе с ними. Странный наклон осей вращения многих планет и обратное вращение Венеры дают повод предполагать, что процесс их формирования протекал в присутствии многих крупных объектов типа Луны, и они, сталкиваясь, образовали планеты. И только Земля смогла захватить один из этих объектов, который стал нашей прекрасной Луной. А Венера, испытав столкновение с объектом, движущимся в обратном направлении, сама начала вращаться в том же направлении.
Одним непреложным фактом является то, что Луна движется вокруг Земли. Она улыбается нам в ночном небе, но согласно всему, что известно науке, этого не должно быть.
Древние греки были большими собирателями знаний и исследователями законов природы. В V веке до н. э. Демокрит, сделал предположение, что темные отметины на лунном диске могут быть горами. Немного поздней Евдокс из Книда, который был астрономом и математиком, вычислил Саросский цикл затмений и таким образом смог предсказывать их наступление.
Около 260 года до н. э. другой грек по имени Аристарх изобрел способ измерения размера Луны и ее расстояния от Земли. Его расчеты оказались неправильны, но крупный математик и астроном Гиппарх с острова Родос справился с этой задачей через 100 лет.
В конце I века н. э. Плутарх написал короткое сочинение под названием «О лике лунного светила», где предположил, что темные отметины на Луне являются глубокими впадинами, не отражающими солнечный свет. Он считал, что на Луне есть горы и речные долины, и даже высказывал предположения о ее обитаемости.
В конце XVI века гениальный Галилео Галилей из Пизы, один из самых блестящих ученых эпохи Возрождения, проводил эксперименты с маятниками и падающими телами, изучал законы оптики и занимался всем, что захватывало его воображение, но, самое главное, большую часть своей зрелой жизни Галилей был ревностным астрономом.
Астрономические открытия Галилея были описаны в небольшой книге под названием «Звездные послания», изданной в Венеции в мае следующего года. Они произвели настоящую сенсацию. Кроме всего прочего Галилей утверждал, что Млечный Путь состоит из крошечных звезд и что он увидел четыре небольших спутника Юпитера и горы на Луне. Научные исследования Галилея легко могли пасть жертвой католической церкви, если бы его изображения Луны стали достоянием общественности.
Для объяснения элементов лунного ландшафта, не противоречащего церковным доктринам, в христианских странах предложили целый ряд теорий. Возможно, наибольшей популярностью из них – по крайней мере на протяжении какого-то времени – была теория о том, что Луна является совершенным зеркалом. Выходило что на поверхности Луны люди видели не элементы лунного ландшафта, а отражение элементов земного ландшафта. Никому не пришло в голову, что, потому как Луна вращается вокруг нашей планеты, отметины на лунном диске должны постоянно изменяться, так как Земля под ним не остается неизменной.
Другая гипотеза, принятая в некоторых кругах, заключалась в существовании таинственных испарений между Землей и Луной. Считалось, что образы, присутствовавшие в солнечном свете, отражались от этих «паров». Однако самая популярная теория, не нарушавшая церковную доктрину, гласила, что вариации плотности Луны создают оптические иллюзии, которые нам видны как отметины на лунной поверхности. Это странное объяснение было безопасно, хотя едва ли могло убедить ученых тех времен и определенно не производило никакого впечатления на Галилея.
После Галилея конструкцию телескопов в значительной степени усовершенствовали, и всем, кто изучал Луну, стало ясно, что она представляет из себя сферу со скалистой и неровной поверхностью. По мере того как церковь постепенно утрачивала свою власть над наукой, многие старые представления о Луне становились неприемлемы. Но никто не имел представления, откуда взялась Луна и почему она движется именно по такой орбите вокруг Земли.
Первая теория происхождения Луны
Была выдвинута в XIX веке Джордж Дарвин, сын Чарлза Дарвина, автора теории естественного отбора, был известным и авторитетным астрономом, который тщательно изучал Луну и в 1878 году выступил с так называемой теорией разделения. По всей видимости, Джордж Дарвин был первым астрономом, который установил, что Луна отдаляется от Земли. На основе скорости расхождения двух небесных тел Дж. Дарвин предположил, что когда-то Земля и Луна составляли единое целое. В незапамятные времена эта расплавленная вязкая сфера очень быстро вращалась вокруг своей оси, совершая один полный оборот приблизительно за пять с половиной часов.
Дарвин предположил, что в дальнейшем приливное воздействие Солнца стало причиной так называемого разделения: кусок расплавленной Земли размерами с Луну отделился от главной массы и в конце концов занял свое местоположение на орбите. Такая теория выглядела вполне разумно и стала главенствующей в начале XX века. Она подверглась серьезной атаке только в 1920-х годах, когда британский астроном Гарольд Джеф-фрис показал, что вязкость Земли в полурасплавленном состоянии препятствовала бы возникновению достаточно мощной вибрации, которая могла привести к разделению двух небесных тел.
Вторая теория происхождения Луны
Когда-то убедившая ряд специалистов, называлась аккреционной теорией. Она гласила, что вокруг уже сформировавшейся Земли постепенно аккумулировался диск из плотных частиц, напоминающий кольца Сатурна. Предположили, что частицы этого диска в конце концов объединились и образовали Луну. Есть несколько причин, в силу которых такое объяснение не может быть удовлетворительным. Одной из основных является угловой момент движения системы Земля – Луна, который никогда не стал бы таким, как он есть, если бы Луна образовалась из аккреционного диска. Есть также затруднения, связанные с образованием океанов расплавленной магмы на «новорожденной» Луне.
Третья теория происхождения Луны
Появилась приблизительно в то время, когда были запущены первые лунные зонды; она была названа теорией целостного захвата. Предположили, что Луна появилась вдалеке от нашей планеты и стала блуждающим небесным телом, которое просто было захвачено земным тяготением и вышло на орбиту вокруг Земли.
Теперь эта теория также вышла из моды по нескольким причинам. Соотношение изотопов кислорода в горных породах на Земле и на Луне убедительно доказывает, что они появились на одном расстоянии от Солнца, чего не могло быть в том случае, если бы Луна была сформирована в другом месте. Есть также непреодолимые трудности в попытке построения модели, в соответствии с которой небесное тело размером с Луну могло бы выйти на стационарную орбиту вокруг Земли. Такой огромный объект не мог аккуратно «подплыть» к Земле на малой скорости, как супертанкер, швартующийся к пристани; он почти неизбежно должен был врезаться в Землю на большой скорости или пролететь рядом с ней и устремиться дальше.
К середине 1970-х годов все предыдущие теории формирования Луны по разным причинам столкнулись с трудностями. Это привело к созданию практически немыслимой ситуации, когда прославленные эксперты могли публично признать, что они попросту не знают, как или почему Луна оказалась на своем месте. Известный научный автор Уильям К. Хартманн, ведущий ученый Института планетологии в Таксоне, штат Аризона, сказал в своей книге (1986 год) «Происхождение Луны»:
«Ни астронавты „Аполлона“, ни луноходы, ни вся королевская рать не смогли собрать достаточно информации для объяснения условий формирования Луны».
Новая теория происхождения Луны
Из этой неопределенности появилась новая теория происхождения Луны, которая в данный момент считается общепринятой, несмотря на некоторые серьезные вопросы. Она известна как теория «большого столкновения».
Идея возникла в СССР в 1960-х гг. у русского ученого B.C. Савронова, который рассматривал возможность возникновения планет из миллионов астероидов различного размера, называемых планетзималями.
В ходе независимого исследования Хартманн вместе со своим коллегой Д.Дэвисом предположил, что Луна образовалась в результате столкновения двух планетных тел, одним из которых была Земля, а другим – блуждающая планета, размером не уступавшая Марсу. Хартманн и Дэвис считали, что две планеты столкнулись специфическим образом, в итоге произошли выбросы вещества из мантии обоих небесных тел. Это вещество было выброшено на орбиту, где постепенно объединилось и уплотнилось для формирования Луны.
С первого взгляда, у такого предположения имеется много достоинств. В первую очередь оно решает главный вопрос, появившийся после доставки на Землю образцов лунной породы: почему состав Луны так сходен с составом нашей планеты, но только частично?
Анализ лунных пород показал значительное сходство с породами, которые образуют мантию Земли, но Луна намного менее массивна, чем Земля, с учетом их относительного размера (Земля только в 3,66 раза больше Луны, но имеет в 81 раз большую массу). Было понятно, что на Луне нет многих тяжелых элементов, содержащиеся в земных недрах, и теория «большого столкновения» как будто объясняла причину этого явления. Земля и блуждающая планета столкнулись очень необычным образом. Хотя в конечном счете они образовали одну планету, предполагалось, что вначале они столкнулись, разошлись в стороны, а после снова соединились. Компьютерное моделирование показало, что при таких специфических обстоятельствах возможен выброс мантийного материала из-под корового слоя обоих небесных тел.
Хотя эта теория со временем овладела умами, вначале она казалась такой невероятной, что была отвергнута в целом. Однако в дальнейшем исследования показали, что даже такой маловероятный сценарий мог иметь место. В 1983 году состоялось международное совещание в Коне (Гавайские острова), целью которого была попытка решения проблем, связанных с происхождением Луны. Именно на этом совещании теория «большого столкновения» начала завоевывать очки. Собственные размышления Хартманна наряду с мнениями других ученых, присутствовавших на совещании, образовали ядро книги «Происхождение Луны» (1986) под редакцией самого Хартманна.
Между тем некоторые из экспертов создали компьютерные модели, подкреплявшие теорию «большого столкновения». Наиболее убедительной из них была модель доктора Робин Кенап, которая сейчас является заместителем директора департамента космических исследований в Колорадо. Ее научная диссертация была посвящена происхождению Луны и, в частности, теории «большого столкновения». Первоначальные расчеты привели ее к выводу, что предполагаемый удар должен был привести к образованию целого роя мелких спутников, а не одной Луны, но дальнейшее компьютерное моделирование в 1997 году дало возможность создать такой прототип столкновения, результатом которого явилось формирование Луны.
Несмотря на то что теория «большого столкновения» теперь принята большинством специалистов, она вызывает много вопросов. Как признает сама Робин Кенап и другие исследователи, такое мощное столкновение должно было ускорить вращение Земли до уровня, несопоставимого с нынешней ситуацией. Единственный способ решения этой проблемы, по ее мнению, заключается в гипотезе о втором крупном столкновении, названном «большой удар II». На этот раз предполагается, что второе столкновение произошло только спустя несколько тысячелетий после первого, но другой объект нанес удар с противоположного направления и таким образом погасил огромную скорость вращения Земли после первого катаклизма. Такое «сбалансированное» двойное столкновение выглядит крайне маловероятно. Оно больше похоже на жест отчаяния.
Кенап сама недовольна гипотезой «большого удара II» и надеется модифицировать первоначальную теорию таким образом, чтобы она объясняла нынешнюю скорость вращения Земли.
Для того чтобы всерьез относиться к теории «большого столкновения», надо преодолеть еще одно большое препятствие. Когда американские астронавты и советские автоматические зонды доставили горные породы со спутника Земли, их подвергли различным анализам. Экспериментальный факт, покончивший с теорией «гравитационного захвата», вызывает большое сомнение и в теории «большого столкновения». Было установлено, что соотношение изотопов кислорода в земных и лунных породах практически идентично. Этот факт имеет серьезные последствия: соотношение может быть идентично лишь в том случае, если Луна и Земля образовались на одинаковом расстоянии от Солнца. Это означает, что планета размером с Марс должна была двигаться по одной орбите с Землей и что она неким образом существовала на протяжении многих миллионов лет до столкновения.
Вероятность такого рода ситуации ничтожно мала и создает другие затруднения. Нынешний наклон земной оси на 23° по отношению к плоскости ее орбиты вокруг Солнца принято считать результатом катастрофического столкновения, но любое небесное тело размером с Марс, которое двигалось бы по орбите, сходной с орбитой нашей планеты, не могло иметь достаточного момента движения, чтобы так сильно наклонить ось вращения Земли. Или блуждающая планета появилась из-за пределов Солнечной системы и, следовательно, двигалась с чрезвычайно большой скоростью, или она должна быть по крайней мере в три раза больше Марса, что не вписывается ни в какую компьютерную модель.
Некоторые другие проблемы перечислялись Джеком Дж. Лиссауэром, известным ученым из Эймсовского центра НАСА, в его статье, написанной для журнала «Нейчур» в 1997 году. Говорят, что Лиссауэр любил цитировать шутливое замечание другого ученого, Ирвина Шапиро из Гарвардского центра астрофизических исследований: «Лучшее объяснение для Луны – это ошибка наблюдения. Ее вообще не существует!».
В своей статье Лиссауэр сослался на результаты последних исследований, которые показали, что большая часть материала, выброшенного при ударе, должна была бы упасть обратно на Землю. С его слов:
«Процесс аккреции вещества в „лунном диске“, образовавшемся после удара, не мог происходить с большой эффективностью. Для формирования Луны на орбиту должно было быть выброшено гораздо большее количество материала и на большее расстояние от Земли, чем считали раньше».
Лиссауэр также придерживается мнения, что размер блуждающей планеты должен был бы в значительной степени превышать первоначально предполагаемый, но указывает, что трудно понять, каким образом можно было погасить дополнительный угловой момент движения после такого мощного столкновения.
Три других ученых, Ружичка, Снайдер и Тейлор, подошли к проблеме по другому и проанализировали биохимические данные, а потом сопоставили их с теоретическими расчетами. После тщательного изучения они пришли к выводу: «Данные геохимического анализа не дают основания для поддержки гипотезы большого столкновения или ударного выброса материала».
Этот вывод показал, что красивая теория безнадежно расходится с экспериментальными данными. Ученые добавляют: «Эта гипотеза появилась не столько из-за ее теоретических достоинств, сколько из-за очевидных динамических или геохимических недостатков других теорий». Говоря по другому, хотя в теории «большого столкновения» больше дыр, чем в старом решете, ученые продолжают цепляться за нее просто потому, что не было найдено другого логичного объяснения. Из всех невероятных объяснений это оказалось менее невероятным.
Теория «большого столкновения» дискредитирована, помимо ряда причин, неспособностью объяснить аномалии. Она не может объяснить необычные соотношения между Луной и Солнцем или между Луной и Землей. Конечно, Луна может по чистой случайности быть ровно в 400 раз меньше Солнца и занимать орбиту на расстоянии 1/400 между Землей и Солнцем, но вероятность такого совпадения в буквальном смысле астрономически мала.
В пропорциональном отношении к планете-хозяйке размер Луны больше, чем у любого другого спутника Солнечной системы, за исключением Харона, спутника Плутона, который составляет больше половины диаметра этой планеты. Но эти два небесных тела, в сущности, являются двойной планетой или, возможно, астероидами, вращающимися вокруг общего центра масс на близком расстоянии, хотя считается, что они имеют разное происхождение.
У Меркурия и Венеры вообще нет спутников. У Марса есть два спутника, но у них крошечные размеры по сравнению с ним.
Тщательное изучение многих образцов лунной породы, доставленной американскими миссиями «Аполлона» и советскими беспилотными зондами, преподнесло один из самых больших сюрпризов. Было отмечено, что старейшие породы, собранные на Луне, имеют в значительной мере более древний возраст, чем любые породы, обнаруженные на нашей планете. Возраст самых древних пород на Земле составляет приблизительно 3,5 млрд. лет, тогда как некоторые образцы лунного грунта демонстрируют возраст около 4,5 млрд. лет, что очень близко к оценке возраста нашей Солнечной системы. Радиоизотопный анализ образцов метеоритов неизменно дает возраст примерно 4,6 млрд. лет.
Но даже в этих породах имеется такое же соотношение изотопов кислорода, как в земных породах. Это служит еще одним указанием, что Луна находилась на своем нынешнем расстоянии от Солнца в течение невероятно долгого времени. В настоящее время этот факт не имеет убедительных объяснений.
Наши собственные, почти случайные открытия в связи со специфическими соотношениями между Землей, Солнцем и Луной, привели нас к глубокой переоценке последних теорий, связанных с Луной и ее происхождением. Мы были поражены своими находками. Луна больше, чем можно было ожидать, явно старше, чем должно быть, и имеет гораздо меньшую массу, чем должно быть. Она занимает такую необычную орбиту, что все существующие объяснения полны трудностей и противоречий, и ни одно из них нельзя считать вполне убедительным. Мы осознали, что многие уважаемые специалисты во всем мире имеют значительные сомнения по поводу современных теорий о происхождении Луны, которые, они готовы огласить публично.
Независимо от утверждений сторонников теории «большого столкновения» вполне очевидно, что их выводы далеки от истины. Если воспользоваться цитатой из Уинстона Черчилля, Луна остается «загадкой, облаченной в тайну внутри еще большей загадки».
9 апреля 2015, 21:58Мы уже привыкли к нашему единственному естественному спутнику, который неустанно облетает нашу планету каждые 28 дней. Луна доминирует в нашем ночном небе, с древних времён она затрагивала у людей самые поэтические струны души. Хотя за последние несколько десятилетий предложены новые понимания многих лунных тайн, большое количество нерешённых вопросов всё ещё окружают наш единственный естественный спутник.
По сравнению с другими планетами нашей солнечной системы и путь орбиты, и размер нашей Луны являются довольно значительными аномалиями. Другие планеты, конечно, тоже имеют спутники. Но у планет со слабым гравитационным воздействием, как например, Меркурий, Венера и Плутон, их нет. Луна составляет одну четверть размера Земли. Сравните это с огромным Юпитером или Сатурном, у которых несколько сравнительно небольших спутников (луна Юпитера составляет 1/80 его размера), и наша Луна, кажется, довольно редкое космическое явление.
Ещё одна интересная деталь: расстояние от Луны до Земли достаточно небольшое, и по видимым размерам Луна равна нашему Солнцу. Это любопытное совпадение наиболее очевидно во время полных солнечных затмений, когда Луна полностью закрывает нашу ближайшую звезду.
Наконец, почти идеальная круговая орбита Луны, отличается от орбит других спутников, которые имеют тенденцию к эллиптической форме.
Гравитационный центр Луны почти на 1 800 м ближе к Земле, чем её геометрический центр. При таких значительных расхождениях учёные до сих пор не могут объяснить, как Луна умудряется сохранить свою почти идеально круговую орбиту.
Гравитационное притяжение на Луне не является однородным. Экипаж на борту Apollo VIII при пролёте около лунного океана, заметил, что гравитация Луны имеет резкие аномалии. В некоторых местах гравитация, кажется, таинственным образом усиливается.
Проблема происхождения Луны обсуждается в научной литературе уже более ста лет. Ее решение имеет большое значение для понимания ранней истории Земли, механизмов формирования Солнечной системы, происхождения жизни.
Первое логическое объяснение происхождения Луны было выдвинуто в XIX в. Джордж Дарвин, сын Чарлза Дарвина, автора теории естественного отбора, был известным и авторитетным астрономом, который тщательно изучал Луну и в 1878 г. выступил с так называемой теорией разделения. По всей видимости, Джордж Дарвин был первым астрономом, установившим, что Луна отдаляется от Земли. На основе скорости расхождения двух небесных тел Дж. Дарвин предположил, что когда-то Земля и Луна составляли единое целое. В далеком прошлом эта расплавленная вязкая сфера очень быстро вращалась вокруг своей оси, совершая один полный оборот примерно за пять с половиной часов.
Дарвин предположил, что в дальнейшем приливное воздействие Солнца стало причиной так называемого разделения: кусок расплавленной Земли размером с Луну отделился от главной массы и в конце концов занял свое положение на орбите. Эта теория выглядела вполне разумно и стала главенствующей в начале XX в. Она подверглась серьезной атаке лишь в 1920-х, когда британский астроном Гарольд Джеффрис показал, что вязкость Земли в полурасплавленном состоянии препятствовала бы возникновению достаточно мощной вибрации, которая могла привести к разделению двух небесных тел.
Вторая теория , некогда убедившая ряд специалистов, называлась аккреционной теорией. Она гласила, что вокруг уже сформировавшейся Земли постепенно аккумулировался диск из плотных частиц, напоминающий кольца Сатурна. Предполагалось, что частицы этого диска в конечном счете объединились и образовали Луну.
Существует несколько причин, в силу которых такое объяснение не может быть удовлетворительным. Одной из главных является угловой момент движения системы Земля - Луна, который никогда не стал бы таким, как он есть, если бы Луна образовалась из аккреционного диска. Существуют также затруднения, связанные с образованием океанов расплавленной магмы на «новорожденной» Луне.
Третья теория о происхождении Луны появилась примерно в то время, когда были запущены первые лунные зонды; она получила название теории целостного захвата. Предполагалось, что Луна возникла вдалеке от Земли и стала блуждающим небесным телом, которое попросту было захвачено земным тяготением и вышло на орбиту вокруг Земли.
Теперь эта теория тоже вышла из моды по нескольким причинам. Соотношение изотопов кислорода в горных породах на Земле и на Луне убедительно доказывает, что они возникли на одном расстоянии от Солнца, чего не могло быть в том случае, если бы Луна сформировалась в другом месте. Существуют также непреодолимые трудности в попытке построения модели, в соответствии с которой небесное тело размером с Луну могло бы выйти на стационарную орбиту вокруг Земли. Такой огромный объект не мог аккуратно «подплыть» к Земле на малой скорости, словно супертанкер, швартующийся к пристани; он почти неизбежно должен был врезаться в Землю на большой скорости или пролететь рядом с ней и устремиться дальше.
К середине 1970-х все предыдущие теории формирования Луны по той или иной причине столкнулись с трудностями. Это привело к созданию практически немыслимой ситуации, когда прославленные эксперты могли публично признать, что они просто не знают, как или почему Луна оказалась на своем месте.
Из этой неопределенности родилась новая теория , которая в настоящее время считается общепринятой, несмотря на некоторые серьезные вопросы. Она известна как теория «большого столкновения».
Идея возникла в Советском Союзе в 60-х гг. у русского ученого B.C. Савронова, который рассматривал возможность возникновения планет из миллионов астероидов разного размера, называемых планетзималями.
В ходе независимого исследования Хартманн вместе со своим коллегой Д.Р. Дэвисом предположил, что Луна образовалась в результате столкновения двух планетных тел, одним из которых была Земля, а другим - блуждающая планета, размером не уступавшая Марсу. Хартманн и Дэвис полагали, что две планеты столкнулись специфическим образом, в результате чего произошли выбросы вещества из мантии обоих небесных тел. Это вещество было выброшено на орбиту, где постепенно объединилось и уплотнилось для формирования Луны.
Новая информация, полученная путём детального изучения образцов с Луны, почти подтвердила теорию столкновения: 4,57 миллиарда лет назад протопланета Земля (Гея) столкнулась с протопланетой Тейя. Удар пришёлся не по центру, а под углом (почти по касательной). В результате большая часть вещества ударившегося объекта и часть вещества земной мантии были выброшены на околоземную орбиту.
Из этих обломков собралась прото-Луна и стала обращаться по орбите с радиусом около 60 000 км. Земля, в результате удара, получила резкий прирост скорости вращения (один оборот за 5 часов) и заметный наклон оси вращения.
В двух новых исследованиях, опубликованных в свежем выпуске журнала Nature, ученые приводят свидетельства того, что химическое сходство Земли и Луны обусловлено основательным смешиванием вещества, образованного при столкновении Земли с другой планетой.
Таким образом, сторонники основной теории происхождения земного спутника получили новые подтверждения своей правоты и причём довольно весомые. Но, немецкие учёные утверждают, что другие теории нельзя просто так списывать со счетов, поскольку новые данные, хотя и серьёзно подтверждают основную теорию, но всё же не на сто процентов. Поэтому пока ещё есть возможность выбрать для себя наиболее близкую теорию из всех существующих, или даже придумать новую!
Мы уже привыкли к тому, что видим на небе Луну. Большинство людей считает, что она существовала со времен появления Земли как наш постоянный спутник, но мнение ученых, а также некоторые факты заставляют задуматься насчет этой теории?
Всегда ли на самом деле была Луна как наш естественный спутник или может она появилась потом? Может ее вообще построили?
Впервые о теории искусственной Луны я прочитал еще в детстве в журнале «наука и жизнь». Когда появился Интернет стало проще. Эту теории развили и много раз «круто» обосновывали наши советские ученые.
В 1968 году появляется статья в газете "Комсомольская правда", далее в журнале "Советский Союз", далее весьма серьёзное исследование и научная книга М.В. Васильева "Векторы будущего" (М., 1971). Работы ученых Хвастунова и Щербакова, серия статей в «Науке и Жизни». Это вообще была весьма серьезная теория, которая лишь чуть-чуть не «дотягивала» до официального признания в СССР и у американцев.
Так, в 1969 году, 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. Вскоре этот прибор начал передавать в Хьюстон информацию о колебаниях лунной коры.
Оказалось, что удар 12-тонного груза о поверхность нашего спутника вызвал локальное "лунотрясение". Многие астрофизики предположили, что под скалистой поверхностью находилась металлическая скорлупа, окружающая ядро Луны. Анализируя скорость распространения сейсмоволн в этой якобы металлической скорлупе, ученые вычислили, что ее верхняя граница расположена на глубине около 70 километров, а сама скорлупа имеет приблизительно такую же толщину.
Тогда один из астрофизиков утверждал, что внутри Луны может находиться огромное, почти пустое пространство объемом 73,5 миллиона кубических километров.
Так появились научные факты, что Луна полая. Но что еще более интересно, так это то, что существует множество свидетельств и фотографий механизмов на Луне, которые поддерживают ее работу. Тщательные проверки этих фотографий неоднократно подтвердили их подлинность.
И это только официальная наука! А есть еще и теософия, оккультные науки…
Если мы посмотрим как изображали Луну в древности, то загадки только добавятся. Луну изображали пустой с Богами внутри нее. Сомневаюсь, что тогда у людей было представление о том, что такое космический корабль, а потому изображали так, как это понимали в рамках своих представлений о мире.
Исходя из имеющейся информации можно утверждать, что в солнечной системе были катастрофы планетарного масштаба, одна из которых «перестроила» солнечную систему.
Возможно так, Венера потеряла спутник Меркурий, а Земля что-то приобрела? Например, Луну?
Ведь судя по уцелевшим данным до великого потопа (который мог возникнуть как раз после планетарной катастрофы) Луны в далекой древности на небе не было!
Но если Луна это не искусственное тело, то как можно объяснить следующие факты:
1. Неправдоподобная кривизна поверхности Луны
2. Лунные кратеры не глубже 4-х км, хотя по силе удара метеориты должны были доходить до 50 км., а значит поверхность весьма прочная.
3. Географическая асимметрия. Расположение «лунных морей». 80% из них находится на видимой стороне Луны в то время как «темная» сторона Луны имеет гораздо больше кратеров, гор и элементов рельефа.
4. Притяжение на поверхности луны не является однородным
5. Плотность нашего спутника составляет 60% от плотности Земли. Данный факт вместе с различными исследованиями доказывает что Луна - это полый объект.
Возникает вопрос. Если Луна искусственная, но зачем тогда её построили?
Все расстояния между планетами в нашей солнечной системе подчиняются правилу Тициуса - Боде и рассчитываются по формуле в результате которой получается следующая таблица:
При этом получается, что по формуле после Марса должна быть еще одна планета, но по факту ее там нет, а есть только пояс астероидов. Так появилась очень правдоподобная теория о планете Фаэтон, которая когда-то существовала между Марсом и Юпитером, но потом была разрушена в результате трагедии космического масштаба.
Вероятно однажды было сильнейшее столкновение планеты (условно буду называть ее фаэтон) и другого космического тела, в результате которого от планеты остался лишь пояс астероидов, ближайший сосед – Марс лишился атмосферы (Ученые пришли к выводу, что когда-то Марс был теплой, влажной и кислородной планетой) и «замерз» (на Марсе в древности была вода, пригодная для живых организмов, да и сейчас вода была также обнаружена)
В учебнике в разделе «образование солнечных систем» сказано:
«Очевидно, во время космической катастрофы, которая произошла в результате столкновения двух больших космических тел, образовалось огромное количество обломков, разлетающихся с места катастрофы в разные стороны. Видимо, планеты в это время были расположены на орбите так, что ближе всех к месту катастрофы оказался Сатурн, который и принял на себя большую часть обломков. Кое-что досталось при этом и Юпитеру с Ураном (в зависимости от их положения в это время на орбите).»
Наверняка досталось и Земле, учитывая, что она расположена перед Марсом. Уж не поэтому ли получился всемирный потоп, о котором слагают легенды? Можно не верить тому, что написано в библии, но, оказывается упоминания о великом потопе встречаются во множестве культур. В том числе, согласно исследованиям Дж. Дж. Фрэзера, обнаружены следы сказаний с подобным сюжетом в: Вавилонии, Палестине, Сирии, Армении, Фригии, Индии, Бирме, Вьетнаме, Китае, Австралии, Индонезии, Филиппинах, Андаманских островах, Тайване, Камчатке, Новой Гвинее, островах Меланезии, Микронезии и Полинезии. Люди в разных местах, даже те люди, которые ни разу в жизни не видели океана, сохраняют истории из поколения в поколение, которые говорят о всемирном потопе. Что это? Неужели совпадение?
Но есть и научные, геологические подтверждения этому событию. Доктор геологии Терри Мортенсон говорит:
1. Мы видим ископаемые останки морских животных на самых высоких горах. В Гималаях, в Андах, В скалистых горах. Везде есть отпечатки раковин. Как они попали туда? И Как они оказались на верхушках самых высоких гор?
2. Массивные отложения осадочных пород. Мы видим это особенно ярко в большом каньоне на западе США. По всему лицу земли мы видим эти осадочные отложения. Они очень толстые, обширные и иногда растягиваются на десятки тысяч квадратных километров. Все это указывает на то, что осадки выпадали на очень большой территории в одно время.
3. Мы видим эрозию в определенных слоях почвы, которая проходила гораздо интенсивнее чем сейчас. На всей поверхности земли мы видим следы эрозии. Обрывы, долины. Однако, когда мы смотрим на слои геологических пород, то они похожи на стопку блинов. Между этими слоями отсутствуют следы эрозии…
Иными словами потоп был и вполне возможно, что его причинами стала катастрофа, разрушившая Фаетон. Но даже если удастся стопроцентно доказать, что Луна сделана искусственно мы не ответим на вопрос: «Зачем надо было делать столь грандиозное сооружение?». А вот поразмышлять на эту тему можно!
Рассмотрим наиболее возможные варианты появления Луны:
1) Она сформировалась изначально с Землей. Но если Луна и Земля формировались вместе, одновременно со всей Солнечной системой, у Луны так же, как и у Земли, должно быть больше железного ядра;
2) Это один из осколков разрушенной планеты, который «притянула» Земля, но Земное притяжение не способно притянуть и удержать столь большое тело как у Луны. Или Земля столкнулась под углом 23 градуса с чем-то по размерам сопоставимым с Марсом. Так или иначе в результате столкновения мы получили Луну, Правда каким-то непостижимым образом она стала полой;
3) Если использовать принцип аналогии, то на ум приходит балансировка колеса. Допустим у Вас есть новые диски на колеса, которые идеально сбалансированы, но тут на вашем пути встречается яма! Удар и вот мы имеем погнутый диск, центр тяжести у которого смещен. Даже для колеса (14 дюймов) дисбаланс всего в 20 граммов при скорости движения автомобиля 100 км/ч, по нагрузкам эквивалентен ударам кувалды весом 3кг, ударяющей по колесу (взял из справочников по авторемонту) , а что тогда говорить о планете?
Для выравнивания центра тяжести колеса используют специальный грузик из свинца или цинка, который прикрепляется на колесо, добавляя вес.
А почему бы для равновесия движения планет не использовать тот же принцип?
Случилась катастрофа, сместились орбиты некоторых планет. Для выравнивания орбит у Венеры убрали Меркурий, а Земле добавили Луну так же как делают балансировку колес, но только в космических масштабах.
Кто-то (а стало быть этот кто-то есть и по технологиям и разуму явно превосходит людей) специально подобрал ее вес и разместил именно там, где она нужна для нормального движении Земли, ведь стоит убрать Луну и Земля начнет вращаться в произвольных плоскостях, она потеряет стабильность, кроме того вероятно сместиться ее орбита.
Кто-то специально построил Луну в качестве «грузика» для выравнивания орбиты Земли и более того до сих пор контролирует ее положение (чтобы ничего не сбилось), удерживает от вращения (Луна всегда повернута одной стороной к Земле) и т.д.
Можно найти множество документального видео в интернет про постоянные полеты НЛО как на самой Луне, так и в различных направлениях от и к Луне
Кто-то постоянно улетает с Луны, затем прилетает на нее, влетая внутрь кратеров. Неизвестные строения и конструкции, обнаруженные на нашем спутнике больше напоминают детали механизма, чем естественные формирования.
Существует еще одна теория (якобы идущая из Арийских Вед) , то в свое время у Земли было три спутника, но потом из-за войны два взорвали и осталась только лишь Луна, какой мы её знаем. Данная версия широко обсуждается на просторах интернета. Сторонникам данной версии хотелось бы сказать следующее:
1) Всегда надо проверять источники информации. Если на библию еще можно сослаться как на исторический документ, который написал достаточно давно, но когда были написаны веды неизвестно. Вообще само существование арийских вед штука загадочная, а источник мягко говоря сомнителен. Впервые опубликованные лидером секты староверов А.Хиневичем в 1990 году и переведенные им лично с языка, который знает только он. В последствии, сюда присоединился Трехлебов и небезызвестный гуру мистицизма Левашов.
2) Взрыв спутника типа Луны в непосредственной близости от планеты по идее должен вызвать куда худшие последствия, чем глобальный потоп
3) где осколки от взорванных 2-х Лун летающие в космосе? Или же их все притянула Земля?
Ну, а вам какая версия больше нравится?
Загрузка...
