Вики-текст старой страницы до правки (old_wikitext ) | 'По современным данным во многих отношениях Луна весьма отличается от Земли, в первую очередь, химическим составом: практически нет воды (хотя в приполярных областях обнаружены заметные запасы льда<ref name="беседа">[http://www.ng.ru/science/2012-04-25/9_china.html Звёздная дорога Поднебесной] (беседа корр. с Д. А. ГУЛЮТИНЫМ, проработавший 15 лет инженером-испытателем и инженером-конструктором в Государственном космическом научно-производственном центре имени М. В. Хруничева. Сейчас Дмитрий Гулютин — заведующий сектором Отдела музейной педагогики Мемориального музея космонавтики.
// Независимая газета, 2012 г., 25 апреля</ref>), малое содержание летучих элементов и соединений. Анализ лунных пород даёт основание полагать, что Луна подверглась полному расплавлению, в отличие от Земли. Плотность Луны сравнима с плотностью [[мантия Земли|земной мантии]], но у неё очень маленькое железо-никелевое ядро.
Однако обнаружено и большое сходство Земли и Луны. [[Радиоизотопный анализ]] показывает, что оба небесных тела имеют примерно одинаковый возраст: около 4,5 миллиардов лет. Соотношение стабильных изотопов [[кислород]]а на Луне и на Земле совпадает, в то же время сильно отличаясь от такого соотношения у всех известных [[метеориты|метеоритов]]. Это свидетельствует о том, что Земля и Луна образовались по соседству — из вещества, находившегося на одинаковом расстоянии от [[Солнце|Солнца]] в протопланетном облаке.
Такое сочетание общих свойств и существенных различий в строении Луны и Земли породило три группы взаимоисключающих предположений о происхождении Луны: 1) совместное образование Земли и Луны из одного протопланетного облака, 2) захват уже сформированной Луны Землёй, 3) образование Луны в результате [[Теория гигантского столкновения|гигантского столкновения]].
== Исторические взгляды на происхождение Луны ==
{{стиль}}
'''Луна́''' своим видом и фактом существования всегда изумляла человечество. В древности многие народы поклонялись Луне как божеству. [[Древняя Греция|Древние греки]], возможно, первыми стали изучать [[Луна|Луну]], используя научный подход. В третьем веке до н. э. [[Аристарх Самосский]], наблюдая земную тень на Луне во время [[лунные затмения|лунных затмений]], оценил расстояние до Луны в шестьдесят радиусов [[Земля (планета)|Земли]] (замечательный результат: по современным данным, [[радиус]] лунной орбиты меняется в пределах от 55 до 63 земных радиусов). [[Плутарх]] предполагал, что на Луне могут жить люди — [[Селениты (существа)|селениты]]. Считалось, что тёмные пятна на Луне — это [[Лунные моря|моря]], а светлые места — суша.
В 1609 году [[Галилей, Галилео|Галилео Галилей]] обнаружил на Луне горы и [[Ударный кратер|кратеры]], разглядев в [[телескоп]] отбрасываемые ими тени. На основании своих наблюдений Галилей пришёл к выводу, что Луна является каменистым телом, как и Земля. С тех пор над загадкой образования Луны размышляли многие поколения учёных, начиная с [[Кант, Иммануил|Иммануила Канта]] и [[Декарт, Рене|Рене Декарта]]. С начала семнадцатого века и до середины двадцатого было выдвинуто несколько основных гипотез, которые имели своих сторонников и свои взлёты популярности.
Новая эра в изучении Луны началась в 1960-х годах, с полётов к Луне советских автоматических станций и американских «Аполлонов». Появилась новая наука — [[селенология]]. На Землю были доставлены образцы лунных пород, которые дали богатый материал для размышлений и переоценки старых идей.
== Возникновение Солнечной системы ==
Возникновение [[Солнечная система|Солнечной системы]] началось с гравитационного сжатия газопылевого облака, в центре которого сформировалось самое массивное тело — [[Солнце]]. Вещество протопланетного диска собралось в небольшие планетезимали, которые сталкивались между собой и образовывали [[планеты]]. Часть планетезималей была выброшена из внутренних областей в [[пояс Койпера]] и в [[облако Оорта]].
== Общее и особенное в свойствах Луны, Земли и системы Земля-Луна ==
Любая рассматриваемая гипотеза образования Луны должна не только соответствовать физическим законам, но и объяснять следующие обстоятельства:
* Средняя [[плотность]] Луны составляет 3,3 г/см³, значительно уступая средней плотности Земли — 5,5 г/см³. Причина — у Луны очень маленькое [[железо]]-[[никель|никелевое]] ядро — оно составляет всего 2-3 % от общей [[масса|массы]] спутника (по данным миссии NASA «''[[Lunar Prospector]]''»). Металлическое ядро Земли составляет около 30 % массы планеты.
* Луна, по сравнению с Землей, имеет весьма низкое содержание легколетучих [[Химический элемент|элементов]], таких, как [[водород]], [[азот]], [[фтор]], [[инертные газы]]. И напротив, на Луне наблюдается некоторый излишек относительно тугоплавких элементов, например, [[Титан (элемент)|титана]], [[Уран (элемент)|урана]] и [[торий|тория]].
* Породы лунной коры и породы [[Земная кора|земной коры]] и [[Мантия Земли|мантии]] практически идентичны по соотношению стабильных [[изотоп]]ов [[кислород]]а <sup>16</sup>O, <sup>17</sup>O, <sup>18</sup>O (это соотношение иногда называют «[[Кислородная подпись|кислородной подписью]]»). Для сравнения, метеориты из разных частей Солнечной системы (в том числе и {{nobr|т. н.}} [[марсианские метеориты]]) имеют совершенно другие соотношения изотопов кислорода. Такая идентичность свидетельствует о том, что Земля и Луна (или, как минимум, поверхность Луны) сформировались из одного слоя планетезималей — на одинаковом расстоянии от Солнца.
* Луна имеет мощную прочную кору толщиной в 60-80 [[километр]]ов (в несколько раз толще земной коры), образованную из анортозитовых пород — продуктов [[плавление|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. (Выше — только у [[Харон (спутник Плутона)|Харона]] и [[Плутон (планета)|Плутона]], но последний уже не считается планетой);
* Система Луна-Земля обладает необычно высоким угловым [[момент импульса|моментом импульса]] (уступая, опять же, только системе Харон — Плутон).
* Плоскость орбиты Луны (наклон 5° к [[эклиптика|эклиптике]]) не совпадает с [[экватор]]иальной плоскостью Земли (наклон 23,5° к эклиптике).
== Гипотезы происхождения Луны ==
На основании этого были выдвинуты следующие гипотезы:
* '''Гипотеза центробежного разделения''': от быстро вращающейся протоземли под действием [[центробежная сила|центробежных сил]] отделился кусок вещества, из которого затем образовалась Луна. Эту гипотезу в шутку называют «дочерней».
* '''Гипотеза захвата''': Земля и Луна образовались независимо, в разных частях Солнечной системы. Когда Луна проходила близко к земной орбите, она была захвачена [[гравитация|гравитационным]] полем Земли и стала её спутником. Эту гипотезу в шутку называют «супружеской».
* '''Гипотеза совместного образования''': Земля и Луна образовались одновременно, в непосредственной близости друг от друга (в шутку — «сестринская» гипотеза).
* '''Гипотеза [[испарение|испарения]]''': из расплавленной протоземли были выпарены в пространство значительные массы вещества, которое затем остыло, [[конденсация|сконденсировалось]] на орбите и образовало протолуну.
* '''Гипотеза многих лун''': несколько маленьких лун были захвачены гравитацией Земли, затем они столкнулись друг с другом, разрушились, и из их обломков образовалась нынешняя Луна.
* '''[[Теория гигантского столкновения|Гипотеза столкновения]]''': протоземля столкнулась с другим небесным телом, а из выброшенного при столкновении вещества образовалась Луна.
== Рассмотрение гипотез ==
До полётов «Аполлонов» основными в научном мире считались три гипотезы образования Луны: центробежного отделения, захвата, совместной [[аккреция|аккреции]]. В англоязычной литературе их называют «Большой тройкой» ({{lang-en|The Big Three}}).
=== Гипотеза центробежного отделения ===
Гипотезу отделения Луны от Земли впервые выдвинул [[Дарвин, Джордж Говард|Джордж Дарвин]], сын знаменитого [[Дарвин, Чарльз|Чарльза Дарвина]], в 1878 году. Он предположил, что после образования молодой Земли она вращалась с очень высокой скоростью. Под действием центробежных сил планета стала настолько вытянутой по экватору, что от неё оторвался крупный кусок вещества (возможно, этому способствовали [[приливные силы]] Солнца). Из этого вещества впоследствии образовалась Луна. Эту гипотезу поддержал в 1882 году геолог {{Не переведено 3|Фишер, Осмонд|Осмонд Фишер|en|Osmond Fisher}}: по его мнению, бассейн [[Тихий океан|Тихого океана]] образовался именно на том месте, где оторвалась от Земли будущая Луна. Гипотеза Дарвина-Фишера приобрела большую популярность и оставалась общепринятой в начале XX века.
: '''Соображения за и против'''
: Отрыв вещества от чрезмерно растянутого экваториального выступа хорошо объясняет имеющийся размер Луны. Этой гипотезе так же хорошо соответствует и меньшая плотность Луны, поскольку она соответствует плотности земной [[мантия Земли|мантии]]. Современные данные подтверждают и факт более быстрого вращения Земли в далёком прошлом (см. [[приливное ускорение Луны]]). 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 Луна-Земля (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 [[тектоника|тектоники]] литосферных плит считает, что тихоокеанский бассейн в его нынешнем виде существует всего около 70 миллионов лет, и никак не мог образоваться при отрыве вещества от Земли.
=== Гипотеза захвата ===
Гипотезу захвата первым выдвинул в 1909 году американский астроном [[Си, Томас Джефферсон Джексон|Томас Джефферсон Джексон Си]] (''Thomas Jefferson Jackson See''). По этой гипотезе, Луна образовалась как независимая планета где-то в Солнечной системе, а затем в результате неких [[пертурбация|пертурбаций]] перешла на эллиптическую орбиту, пересекающуюся с орбитой Земли. При очередном сближении с Землёй, Луна была захвачена гравитацией Земли и стала её спутником.
:;Соображения за и против:'''
:;За''':
* Легенды ряда народов Земли, в частности, [[Догоны|догонов]], говорят о временах, когда Луны на небе ещё не было, и о появлении на небе нового светила (Луны).
* При подготовке к отправке спускаемой автоматической станции на Луну в ОКБ С. П. Королёва пришлось решать вопрос о её происхождении. Если считать, что Луна вращается вокруг Земли миллиарды лет и, поскольку у неё нет плотной атмосферы, на её поверхности должен был скопиться многометровый слой опадающей из космоса пыли, в котором при посадке утонула бы станция, сконструированная для посадки на твёрдый грунт. В ОКБ разгорелись споры и появилось два подхода к созданию спускаемой части станции. Первый предполагал слой лунной пыли на поверхности и разработку средств посадки и передвижения по такому слою (например, пылевые катера). Второй — что Луна была захвачена Землёй сравнительно недавно и поэтому поверхность Луны, соответственно, твёрдая, на что и можно рассчитывать при посадке. Поскольку не было подтверждённых научных данных, ни один подход не мог взять вверх, а учесть оба по техническим причинам было невозможно. Известно, что в этих условиях [[Королёв, Сергей Павлович|С. П. Королёв]] принял волевое решение считать поверхность Луны твёрдой и рассчитывать станцию соответственно:
{{Начало цитаты}}
следует рассчитывать на достаточно твёрдый грунт типа пемзы<ref name="беседа" />
{{Конец цитаты}}
:;Против''':
* Захват Луны земной гравитацией мог бы хорошо объяснить высокий момент импульса системы Луна-Земля. Но результаты моделирования показывают, что вероятность захвата Землей пролетающего тела с массой Луны ничтожно мала. Гораздо более вероятно, что пролетающая планета столкнулась бы с Землей, или наоборот, была бы отброшена гравитацией Земли далеко за пределы земной орбиты. Вариант с возможным захватом требует прохождения Луны на расстоянии меньше [[предел Роша|предела Роша]], то есть Луна, возможно, была бы разорвана действием [[приливные силы|приливных сил]].
* Если бы захват всё-таки произошёл, то Луна, скорее всего, обращалась бы вокруг Земли в противоположном (ретроградном) направлении (как это наблюдается у захваченных [[спутники Юпитера|лун]] [[Юпитер (планета)|Юпитера]]), и по сильно вытянутой эллиптической орбите.
* Малая плотность Луны и отсутствие у неё железного ядра могут быть объяснены, если предположить, что Луна образовалась за пределами зоны планет земной группы ([[Меркурий (планета)|Меркурий]], [[Венера (планета)|Венера]], [[Земля (планета)|Земля]], [[Марс (планета)|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.
Свою версию гипотезы захвата — с разрушением захваченной планеты приливными силами Земли — предложили в 1989 году [[Сорохтин, Олег Георгиевич|Олег Сорохтин]] и [[Ушаков, Сергей Александрович|Сергей Ушаков]]. По их теории, планета с соседней орбиты, названная Протолуной, была захвачена Землёй и перешла на околоземную орбиту. Поскольку новый спутник обращался быстрее вращения планеты, интенсивные приливные силы [[приливная синхронизация|притягивали]] его к Земле (одновременно «раскручивая» Землю). Наконец, новообретённый спутник приблизился на расстояние [[предел Роша|предела Роша]] и начал разрушаться. Вещество с Протолуны по спирали устремилось к Земле. Затем спутник был практически разорван, его железное ядро упало на Землю, а значительная часть вещества коры осталась на орбите. Из этих обломков начала образовываться Луна, обретая сферическую форму и удаляясь от Земли.
Последнее место гипотезы выглядит слабым: почему Луна стала удаляться от Земли, если до этого Протолуна обращалась быстрее периода вращения Земли и приливные силы Земли тормозили её, приближая к Земле? Неясно также, почему на Землю упало именно железное ядро, а не вещество коры. И наконец, сама возможность столь удачного и «плавного» захвата соседней планеты по-прежнему выглядит крайне маловероятной.
=== Гипотеза совместного формирования (совместной аккреции) ===
Впервые подобную гипотезу представил [[Кант, Иммануил|Иммануил Кант]] в труде по космогонии, в 1755 году. Он предположил, что все небесные тела появились в результате сжатия пылевого облака, а Луна и Земля сформировались вместе, из одного пылевого сгустка: сначала Земля, потом, из оставшегося вещества, Луна. Большим сторонником гипотезы совместной аккреции был знаменитый астроном [[Рош, Эдуард Альбер|Эдуард Рош]]. В Советском Союзе гипотезу коаккреции активно разрабатывала школа [[Шмидт, Отто Юльевич|Отто Шмидта]] ([[Сафронов, Виктор Сергеевич|Виктор Сафронов]], [[Рускол, Евгения Леонидовна|Евгения Рускол]] и др.). До 1970-х годов гипотеза совместной аккреции считалась наиболее проработанной.
Гипотеза предполагает, что Земля и Луна просто «выросли» на одной орбите как [[двойная планета]], из первоначального протопланетного роя твёрдых частиц. Первой начала формироваться прото-Земля. Когда она набрала достаточную массу, частицы из протопланетного роя захватывались её притяжением и начинали вращаться вокруг зародыша планеты по самостоятельным эллиптическим орбитам. Из этих частиц образовался собственный околопланетный рой. Частицы роя сталкивались между собой, некоторые теряли скорость и падали на прото-Землю. Орбиты других усреднялись между собой — рой приобретал орбиту, близкую к круговой. Затем из этого роя начали формироваться зародыши будущего спутника, Луны.
: '''Соображения за и против'''
: Если Земля и Луна формировались в непосредственной близости, то идентичность кислородно-изотопного соотношения легко объясняется. Но тогда совершенно непонятными становятся отличия в плотности двух тел, а также дефицит железа и летучих элементов на Луне.
: По словам Уильяма Хартмана, «''трудно представить, что два небесных тела вырастают рядом из одного орбитального слоя вещества, но при этом одно из них забирает всё железо, а второе остается практически без него''».
: Сторонники гипотезы объясняют это тем, что куски вещества роя при столкновениях дробились, затем тяжёлые железные частицы выпадали на Землю, а силикатная пыль оставалась на орбите. Такое объяснение вряд ли можно признать удовлетворительным: для этого практически все частицы роя должны были предварительно разрушиться до состояния пыли.
: Сходным образом в этой гипотезе объясняется и дефицит летучих веществ — они испарялись при столкновениях и дроблениях частиц роя. Но для этого частицам пришлось бы сталкиваться на высоких относительных скоростях, а ведь они все, как предполагается, обращались в одном направлении. Притом, аналогичный процесс должен был бы происходить и при формировании Земли и других планет земной группы, но результатов этого не наблюдается.
: Эта гипотеза также не смогла дать вразумительного объяснения ни большому моменту импульса системы Луна-Земля, ни наклону лунной орбиты в 5° к плоскости земной орбиты.
=== Гипотеза испарения ===
В 1955 году [[Эпик, Эрнст Юлиус|Эрнст Юлиус Эпик]] выдвинул гипотезу, частично соединяющую гипотезы центробежного разделения и совместного образования. По его версии, прото-Земля, окружённая кольцом бомбардировавших её каменных частиц, от постоянных ударов разогрелась до высокой [[температура|температуры]] — около 2000 °C. Значительные массы вещества были выпарены назад, в околоземное пространство. [[Солнечный ветер]] сдул летучие элементы, а более тяжёлые компоненты сконденсировались и соединились с материалом вращающихся [[Кольца планет|колец]], которые затем слились в один большой кусок вещества — Луну. Если нагревание Земли произошло на поздней стадии её формирования, то к этому времени тяжелые железные породы уже [[гравитационная дифференциация|опустились]] в ядро, а содержание железа в поверхностных слоях Земли было значительно меньше первоначального.
: '''Соображения за и 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 ===
Гипотезу образования одной большой Луны из нескольких спутников представили в 1960-х годах [[Голд, Томас|Томас Голд]] и [[Макдональд, Гордон|Гордон Макдональд]]. Их основная идея состояла в том, что Земле гораздо проще было бы захватить по отдельности несколько пролетавших мимо небольших небесных тел, чем одно крупное. Если Земля «поймала» от шести до десяти мелких лун, то их орбиты в дальнейшем могли изменяться приливными силами. На протяжении примерно миллиарда лет луны могли сталкиваться друг с другом, а из их обломков сформировалась бы Луна.
: '''Соображения за и против'''
: Неправдоподобно выглядит сама возможность захвата Землей большого количества спутников с их последующим разрушением. [[Марс (планета)|Марс]] имеет два небольших спутника ([[Фобос]] и [[Деймос]]), которые до сих пор сосуществуют на околомарсианских орбитах. [[Венера (планета)|Венера]], масса которой близка к земной, вообще не имеет спутников, как и [[Меркурий (планета)|Меркурий]].
: Эта гипотеза также не объясняет идентичность изотопно-кислородного состава Луны и Земли.
=== Гипотеза столкновения ===
[[Файл:Big Splash Theia.gif|thumb|rught|250px|Столкновение Тейи с Землёй, в результате которого, как предполагается, возникла Луна]]
{{main|Гипотеза гигантского столкновения}}
Гипотеза столкновения была предложена {{Нп4|Хартман, Кеннет Уильям|Уильямом Хартманом|en|William Kenneth Hartmann}} и Дональдом Дэвисом (''Donald R. Davis'') в 1975 году. По их предположению, протопланета (её назвали [[Тейя (планета)|Тейя]]) размером примерно с [[Марс (планета)|Марс]] столкнулась с прото-Землей на ранней стадии её формирования, когда наша планета имела примерно 90 % нынешней массы. 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 начала 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.
: '''Соображения за и против'''
: Гипотеза столкновения в настоящее время считается основной, поскольку она хорошо объясняет все известные факты о химическом составе и строении Луны, а также и физические параметры системы Луна-Земля. Первоначально большие сомнения вызывала возможность столь удачного соударения (косой удар, невысокая относительная скорость) такого крупного тела с Землей. Но затем было предположено, что Тейя сформировалась на орбите Земли, в одной из [[точки Лагранжа|точек Лагранжа]] системы Земля-Солнце. Такой сценарий хорошо объясняет и низкую скорость столкновения, и угол удара, и нынешнюю, почти точно круговую орбиту Земли.
: Уязвимые места гипотезы столкновения:
* 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.
* если бы Луна так или иначе оказалась на орбите Земли в столь далёкое время и после этого не претерпевала существенных потрясений, то на её поверхности по расчётам успел бы скопиться [[Аргумент лунной пыли|многометровый слой оседающей из космоса пыли]], что не было подтверждено при посадках космических аппаратов на лунную поверхность.
== Заключение ==
Одной из главных целей [[таблица пилотируемых полётов по американской программе «Аполлон»|американских лунных экспедиций]] 1960—1970 годов было найти доказательства одной из трёх лидировавших тогда гипотез «Большой тройки» (гипотезы центробежного отделения, захвата и совместной аккреции). Но первые же полученные данные обнаружили серьёзные противоречия со всеми тремя гипотезами. Все накопленные к настоящему моменту факты, как считается, свидетельствуют в пользу гипотезы, которой во время полётов «Аполлонов» ещё не существовало: гипотезы [[теория гигантского столкновения|гигантского столкновения]].
== Примечания ==
{{примечания}}
== Литература ==
* W. K. Hartmann & D R. Davis: ''Satellite-Sized Planetesimals and Lunar Origins'', Icarus 24 (1975): 504—515.
* Hartmann, W. K., et al., eds 1986: ''Origin of the Moon'' (Houston: Lunar and Planetary Institute)
* Dana Mackenzie, «''The Big Splat, or How Our Moon Came to Be''», 2003, John Wiley & Sons, ISBN 0-471-15057-6.
== Ссылки ==
* [http://ziv.telescopes.ru/rubric/astronomy/?pub=3 «Происхождение планет и спутников», Е. В. Рускол, Объединенный институт физики Земли им. О. Ю. Шмидта РАН] — о гипотезе совместной аккреции Луны и Земли
* [http://www.scgis.ru/russian/cp1251/dgggms/3-98/sorokhtin.htm «Модель образования планет В. С. Сафронова и глобальная эволюция Земли», О. Г. Сорохтин, Институт океанологии РАН] — о гипотезе захвата и разрушения Протолуны
* [http://ziv.telescopes.ru/rubric/astronomy/index.html?pub=9 Происхождение Луны. Российская концепция против «американской»] — «ЗиВ» № 6/2005 Э. М. Галимов, академик, ГЕОХИ РАН.
* [http://russian.rt.com/Science/1962 NASA: Луна появилась в результате столкновения с огромным небесным телом] ''Russia Today'', 12 декабря 2012
{{Луна}}
[[Категория:Луна]]
[[Категория:Земля]]
[[Категория:Солнечная система]]
{{Link FA|pt}}
{{Link GA|de}}' |
Вики-текст новой страницы после правки (new_wikitext ) | 'По современным данным во многих отношениях Луна весьма отличается от Земли, в первую очередь, химическим составом: практически нет воды (хотя в приполярных областях обнаружены заметные запасы льда<ref name="беседа">[http://www.ng.ru/science/2012-04-25/9_china.html Звёздная дорога Поднебесной] (беседа корр. с Д. А. ГУЛЮТИНЫМ, проработавший 15 лет инженером-испытателем и инженером-конструктором в Государственном космическом научно-производственном центре имени М. В. Хруничева. Сейчас Дмитрий Гулютин — заведующий сектором Отдела музейной педагогики Мемориального музея космонавтики.
// Независимая газета, 2012 г., 25 апреля</ref>), малое содержание летучих элементов и соединений. Анализ лунных пород даёт основание полагать, что Луна подверглась полному расплавлению, в отличие от Земли. Плотность Луны сравнима с плотностью [[мантия Земли|земной мантии]], но у неё очень маленькое железо-никелевое ядро.
Однако обнаружено и большое сходство Земли и Луны. [[Радиоизотопный анализ]] показывает, что оба небесных тела имеют примерно одинаковый возраст: около 4,5 миллиардов лет. Соотношение стабильных изотопов [[кислород]]а на Луне и на Земле совпадает, в то же время сильно отличаясь от такого соотношения у всех известных [[метеориты|метеоритов]]. Это свидетельствует о том, что Земля и Луна образовались по соседству — из вещества, находившегося на одинаковом расстоянии от [[Солнце|Солнца]] в протопланетном облаке.
Такое сочетание общих свойств и существенных различий в строении Луны и Земли породило три группы взаимоисключающих предположений о происхождении Луны: 1) совместное образование Земли и Луны из одного протопланетного облака, 2) захват уже сформированной Луны Землёй, 3) образование Луны в результате [[Теория гигантского столкновения|гигантского столкновения]].
Луна окрження гигантским ледяным хвостом была захвачена землей Луна подарила земле воду
== Возникновение Солнечной системы ==
Возникновение [[Солнечная система|Солнечной системы]] началось с гравитационного сжатия газопылевого облака, в центре которого сформировалось самое массивное тело — [[Солнце]]. Вещество протопланетного диска собралось в небольшие планетезимали, которые сталкивались между собой и образовывали [[планеты]]. Часть планетезималей была выброшена из внутренних областей в [[пояс Койпера]] и в [[облако Оорта]].
== Общее и особенное в свойствах Луны, Земли и системы Земля-Луна ==
Любая рассматриваемая гипотеза образования Луны должна не только соответствовать физическим законам, но и объяснять следующие обстоятельства:
* Средняя [[плотность]] Луны составляет 3,3 г/см³, значительно уступая средней плотности Земли — 5,5 г/см³. Причина — у Луны очень маленькое [[железо]]-[[никель|никелевое]] ядро — оно составляет всего 2-3 % от общей [[масса|массы]] спутника (по данным миссии NASA «''[[Lunar Prospector]]''»). Металлическое ядро Земли составляет около 30 % массы планеты.
* Луна, по сравнению с Землей, имеет весьма низкое содержание легколетучих [[Химический элемент|элементов]], таких, как [[водород]], [[азот]], [[фтор]], [[инертные газы]]. И напротив, на Луне наблюдается некоторый излишек относительно тугоплавких элементов, например, [[Титан (элемент)|титана]], [[Уран (элемент)|урана]] и [[торий|тория]].
* Породы лунной коры и породы [[Земная кора|земной коры]] и [[Мантия Земли|мантии]] практически идентичны по соотношению стабильных [[изотоп]]ов [[кислород]]а <sup>16</sup>O, <sup>17</sup>O, <sup>18</sup>O (это соотношение иногда называют «[[Кислородная подпись|кислородной подписью]]»). Для сравнения, метеориты из разных частей Солнечной системы (в том числе и {{nobr|т. н.}} [[марсианские метеориты]]) имеют совершенно другие соотношения изотопов кислорода. Такая идентичность свидетельствует о том, что Земля и Луна (или, как минимум, поверхность Луны) сформировались из одного слоя планетезималей — на одинаковом расстоянии от Солнца.
* Луна имеет мощную прочную кору толщиной в 60-80 [[километр]]ов (в несколько раз толще земной коры), образованную из анортозитовых пород — продуктов [[плавление|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. (Выше — только у [[Харон (спутник Плутона)|Харона]] и [[Плутон (планета)|Плутона]], но последний уже не считается планетой);
* Система Луна-Земля обладает необычно высоким угловым [[момент импульса|моментом импульса]] (уступая, опять же, только системе Харон — Плутон).
* Плоскость орбиты Луны (наклон 5° к [[эклиптика|эклиптике]]) не совпадает с [[экватор]]иальной плоскостью Земли (наклон 23,5° к эклиптике).
== Гипотезы происхождения Луны ==
На основании этого были выдвинуты следующие гипотезы:
* '''Гипотеза центробежного разделения''': от быстро вращающейся протоземли под действием [[центробежная сила|центробежных сил]] отделился кусок вещества, из которого затем образовалась Луна. Эту гипотезу в шутку называют «дочерней».
* '''Гипотеза захвата''': Земля и Луна образовались независимо, в разных частях Солнечной системы. Когда Луна проходила близко к земной орбите, она была захвачена [[гравитация|гравитационным]] полем Земли и стала её спутником. Эту гипотезу в шутку называют «супружеской».
* '''Гипотеза совместного образования''': Земля и Луна образовались одновременно, в непосредственной близости друг от друга (в шутку — «сестринская» гипотеза).
* '''Гипотеза [[испарение|испарения]]''': из расплавленной протоземли были выпарены в пространство значительные массы вещества, которое затем остыло, [[конденсация|сконденсировалось]] на орбите и образовало протолуну.
* '''Гипотеза многих лун''': несколько маленьких лун были захвачены гравитацией Земли, затем они столкнулись друг с другом, разрушились, и из их обломков образовалась нынешняя Луна.
* '''[[Теория гигантского столкновения|Гипотеза столкновения]]''': протоземля столкнулась с другим небесным телом, а из выброшенного при столкновении вещества образовалась Луна.
== Рассмотрение гипотез ==
До полётов «Аполлонов» основными в научном мире считались три гипотезы образования Луны: центробежного отделения, захвата, совместной [[аккреция|аккреции]]. В англоязычной литературе их называют «Большой тройкой» ({{lang-en|The Big Three}}).
=== Гипотеза центробежного отделения ===
Гипотезу отделения Луны от Земли впервые выдвинул [[Дарвин, Джордж Говард|Джордж Дарвин]], сын знаменитого [[Дарвин, Чарльз|Чарльза Дарвина]], в 1878 году. Он предположил, что после образования молодой Земли она вращалась с очень высокой скоростью. Под действием центробежных сил планета стала настолько вытянутой по экватору, что от неё оторвался крупный кусок вещества (возможно, этому способствовали [[приливные силы]] Солнца). Из этого вещества впоследствии образовалась Луна. Эту гипотезу поддержал в 1882 году геолог {{Не переведено 3|Фишер, Осмонд|Осмонд Фишер|en|Osmond Fisher}}: по его мнению, бассейн [[Тихий океан|Тихого океана]] образовался именно на том месте, где оторвалась от Земли будущая Луна. Гипотеза Дарвина-Фишера приобрела большую популярность и оставалась общепринятой в начале XX века.
: '''Соображения за и против'''
: Отрыв вещества от чрезмерно растянутого экваториального выступа хорошо объясняет имеющийся размер Луны. Этой гипотезе так же хорошо соответствует и меньшая плотность Луны, поскольку она соответствует плотности земной [[мантия Земли|мантии]]. Современные данные подтверждают и факт более быстрого вращения Земли в далёком прошлом (см. [[приливное ускорение Луны]]). 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 Луна-Земля (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 [[тектоника|тектоники]] литосферных плит считает, что тихоокеанский бассейн в его нынешнем виде существует всего около 70 миллионов лет, и никак не мог образоваться при отрыве вещества от Земли.
=== Гипотеза захвата ===
Гипотезу захвата первым выдвинул в 1909 году американский астроном [[Си, Томас Джефферсон Джексон|Томас Джефферсон Джексон Си]] (''Thomas Jefferson Jackson See''). По этой гипотезе, Луна образовалась как независимая планета где-то в Солнечной системе, а затем в результате неких [[пертурбация|пертурбаций]] перешла на эллиптическую орбиту, пересекающуюся с орбитой Земли. При очередном сближении с Землёй, Луна была захвачена гравитацией Земли и стала её спутником.
:;Соображения за и против:'''
:;За''':
* Легенды ряда народов Земли, в частности, [[Догоны|догонов]], говорят о временах, когда Луны на небе ещё не было, и о появлении на небе нового светила (Луны).
* При подготовке к отправке спускаемой автоматической станции на Луну в ОКБ С. П. Королёва пришлось решать вопрос о её происхождении. Если считать, что Луна вращается вокруг Земли миллиарды лет и, поскольку у неё нет плотной атмосферы, на её поверхности должен был скопиться многометровый слой опадающей из космоса пыли, в котором при посадке утонула бы станция, сконструированная для посадки на твёрдый грунт. В ОКБ разгорелись споры и появилось два подхода к созданию спускаемой части станции. Первый предполагал слой лунной пыли на поверхности и разработку средств посадки и передвижения по такому слою (например, пылевые катера). Второй — что Луна была захвачена Землёй сравнительно недавно и поэтому поверхность Луны, соответственно, твёрдая, на что и можно рассчитывать при посадке. Поскольку не было подтверждённых научных данных, ни один подход не мог взять вверх, а учесть оба по техническим причинам было невозможно. Известно, что в этих условиях [[Королёв, Сергей Павлович|С. П. Королёв]] принял волевое решение считать поверхность Луны твёрдой и рассчитывать станцию соответственно:
{{Начало цитаты}}
следует рассчитывать на достаточно твёрдый грунт типа пемзы<ref name="беседа" />
{{Конец цитаты}}
:;Против''':
* Захват Луны земной гравитацией мог бы хорошо объяснить высокий момент импульса системы Луна-Земля. Но результаты моделирования показывают, что вероятность захвата Землей пролетающего тела с массой Луны ничтожно мала. Гораздо более вероятно, что пролетающая планета столкнулась бы с Землей, или наоборот, была бы отброшена гравитацией Земли далеко за пределы земной орбиты. Вариант с возможным захватом требует прохождения Луны на расстоянии меньше [[предел Роша|предела Роша]], то есть Луна, возможно, была бы разорвана действием [[приливные силы|приливных сил]].
* Если бы захват всё-таки произошёл, то Луна, скорее всего, обращалась бы вокруг Земли в противоположном (ретроградном) направлении (как это наблюдается у захваченных [[спутники Юпитера|лун]] [[Юпитер (планета)|Юпитера]]), и по сильно вытянутой эллиптической орбите.
* Малая плотность Луны и отсутствие у неё железного ядра могут быть объяснены, если предположить, что Луна образовалась за пределами зоны планет земной группы ([[Меркурий (планета)|Меркурий]], [[Венера (планета)|Венера]], [[Земля (планета)|Земля]], [[Марс (планета)|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.
Свою версию гипотезы захвата — с разрушением захваченной планеты приливными силами Земли — предложили в 1989 году [[Сорохтин, Олег Георгиевич|Олег Сорохтин]] и [[Ушаков, Сергей Александрович|Сергей Ушаков]]. По их теории, планета с соседней орбиты, названная Протолуной, была захвачена Землёй и перешла на околоземную орбиту. Поскольку новый спутник обращался быстрее вращения планеты, интенсивные приливные силы [[приливная синхронизация|притягивали]] его к Земле (одновременно «раскручивая» Землю). Наконец, новообретённый спутник приблизился на расстояние [[предел Роша|предела Роша]] и начал разрушаться. Вещество с Протолуны по спирали устремилось к Земле. Затем спутник был практически разорван, его железное ядро упало на Землю, а значительная часть вещества коры осталась на орбите. Из этих обломков начала образовываться Луна, обретая сферическую форму и удаляясь от Земли.
Последнее место гипотезы выглядит слабым: почему Луна стала удаляться от Земли, если до этого Протолуна обращалась быстрее периода вращения Земли и приливные силы Земли тормозили её, приближая к Земле? Неясно также, почему на Землю упало именно железное ядро, а не вещество коры. И наконец, сама возможность столь удачного и «плавного» захвата соседней планеты по-прежнему выглядит крайне маловероятной.
=== Гипотеза совместного формирования (совместной аккреции) ===
Впервые подобную гипотезу представил [[Кант, Иммануил|Иммануил Кант]] в труде по космогонии, в 1755 году. Он предположил, что все небесные тела появились в результате сжатия пылевого облака, а Луна и Земля сформировались вместе, из одного пылевого сгустка: сначала Земля, потом, из оставшегося вещества, Луна. Большим сторонником гипотезы совместной аккреции был знаменитый астроном [[Рош, Эдуард Альбер|Эдуард Рош]]. В Советском Союзе гипотезу коаккреции активно разрабатывала школа [[Шмидт, Отто Юльевич|Отто Шмидта]] ([[Сафронов, Виктор Сергеевич|Виктор Сафронов]], [[Рускол, Евгения Леонидовна|Евгения Рускол]] и др.). До 1970-х годов гипотеза совместной аккреции считалась наиболее проработанной.
Гипотеза предполагает, что Земля и Луна просто «выросли» на одной орбите как [[двойная планета]], из первоначального протопланетного роя твёрдых частиц. Первой начала формироваться прото-Земля. Когда она набрала достаточную массу, частицы из протопланетного роя захватывались её притяжением и начинали вращаться вокруг зародыша планеты по самостоятельным эллиптическим орбитам. Из этих частиц образовался собственный околопланетный рой. Частицы роя сталкивались между собой, некоторые теряли скорость и падали на прото-Землю. Орбиты других усреднялись между собой — рой приобретал орбиту, близкую к круговой. Затем из этого роя начали формироваться зародыши будущего спутника, Луны.
: '''Соображения за и против'''
: Если Земля и Луна формировались в непосредственной близости, то идентичность кислородно-изотопного соотношения легко объясняется. Но тогда совершенно непонятными становятся отличия в плотности двух тел, а также дефицит железа и летучих элементов на Луне.
: По словам Уильяма Хартмана, «''трудно представить, что два небесных тела вырастают рядом из одного орбитального слоя вещества, но при этом одно из них забирает всё железо, а второе остается практически без него''».
: Сторонники гипотезы объясняют это тем, что куски вещества роя при столкновениях дробились, затем тяжёлые железные частицы выпадали на Землю, а силикатная пыль оставалась на орбите. Такое объяснение вряд ли можно признать удовлетворительным: для этого практически все частицы роя должны были предварительно разрушиться до состояния пыли.
: Сходным образом в этой гипотезе объясняется и дефицит летучих веществ — они испарялись при столкновениях и дроблениях частиц роя. Но для этого частицам пришлось бы сталкиваться на высоких относительных скоростях, а ведь они все, как предполагается, обращались в одном направлении. Притом, аналогичный процесс должен был бы происходить и при формировании Земли и других планет земной группы, но результатов этого не наблюдается.
: Эта гипотеза также не смогла дать вразумительного объяснения ни большому моменту импульса системы Луна-Земля, ни наклону лунной орбиты в 5° к плоскости земной орбиты.
=== Гипотеза испарения ===
В 1955 году [[Эпик, Эрнст Юлиус|Эрнст Юлиус Эпик]] выдвинул гипотезу, частично соединяющую гипотезы центробежного разделения и совместного образования. По его версии, прото-Земля, окружённая кольцом бомбардировавших её каменных частиц, от постоянных ударов разогрелась до высокой [[температура|температуры]] — около 2000 °C. Значительные массы вещества были выпарены назад, в околоземное пространство. [[Солнечный ветер]] сдул летучие элементы, а более тяжёлые компоненты сконденсировались и соединились с материалом вращающихся [[Кольца планет|колец]], которые затем слились в один большой кусок вещества — Луну. Если нагревание Земли произошло на поздней стадии её формирования, то к этому времени тяжелые железные породы уже [[гравитационная дифференциация|опустились]] в ядро, а содержание железа в поверхностных слоях Земли было значительно меньше первоначального.
: '''Соображения за и 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 ===
Гипотезу образования одной большой Луны из нескольких спутников представили в 1960-х годах [[Голд, Томас|Томас Голд]] и [[Макдональд, Гордон|Гордон Макдональд]]. Их основная идея состояла в том, что Земле гораздо проще было бы захватить по отдельности несколько пролетавших мимо небольших небесных тел, чем одно крупное. Если Земля «поймала» от шести до десяти мелких лун, то их орбиты в дальнейшем могли изменяться приливными силами. На протяжении примерно миллиарда лет луны могли сталкиваться друг с другом, а из их обломков сформировалась бы Луна.
: '''Соображения за и против'''
: Неправдоподобно выглядит сама возможность захвата Землей большого количества спутников с их последующим разрушением. [[Марс (планета)|Марс]] имеет два небольших спутника ([[Фобос]] и [[Деймос]]), которые до сих пор сосуществуют на околомарсианских орбитах. [[Венера (планета)|Венера]], масса которой близка к земной, вообще не имеет спутников, как и [[Меркурий (планета)|Меркурий]].
: Эта гипотеза также не объясняет идентичность изотопно-кислородного состава Луны и Земли.
=== Гипотеза столкновения ===
[[Файл:Big Splash Theia.gif|thumb|rught|250px|Столкновение Тейи с Землёй, в результате которого, как предполагается, возникла Луна]]
{{main|Гипотеза гигантского столкновения}}
Гипотеза столкновения была предложена {{Нп4|Хартман, Кеннет Уильям|Уильямом Хартманом|en|William Kenneth Hartmann}} и Дональдом Дэвисом (''Donald R. Davis'') в 1975 году. По их предположению, протопланета (её назвали [[Тейя (планета)|Тейя]]) размером примерно с [[Марс (планета)|Марс]] столкнулась с прото-Землей на ранней стадии её формирования, когда наша планета имела примерно 90 % нынешней массы. 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 начала 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.
: '''Соображения за и против'''
: Гипотеза столкновения в настоящее время считается основной, поскольку она хорошо объясняет все известные факты о химическом составе и строении Луны, а также и физические параметры системы Луна-Земля. Первоначально большие сомнения вызывала возможность столь удачного соударения (косой удар, невысокая относительная скорость) такого крупного тела с Землей. Но затем было предположено, что Тейя сформировалась на орбите Земли, в одной из [[точки Лагранжа|точек Лагранжа]] системы Земля-Солнце. Такой сценарий хорошо объясняет и низкую скорость столкновения, и угол удара, и нынешнюю, почти точно круговую орбиту Земли.
: Уязвимые места гипотезы столкновения:
* 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.
* если бы Луна так или иначе оказалась на орбите Земли в столь далёкое время и после этого не претерпевала существенных потрясений, то на её поверхности по расчётам успел бы скопиться [[Аргумент лунной пыли|многометровый слой оседающей из космоса пыли]], что не было подтверждено при посадках космических аппаратов на лунную поверхность.
== Заключение ==
Одной из главных целей [[таблица пилотируемых полётов по американской программе «Аполлон»|американских лунных экспедиций]] 1960—1970 годов было найти доказательства одной из трёх лидировавших тогда гипотез «Большой тройки» (гипотезы центробежного отделения, захвата и совместной аккреции). Но первые же полученные данные обнаружили серьёзные противоречия со всеми тремя гипотезами. Все накопленные к настоящему моменту факты, как считается, свидетельствуют в пользу гипотезы, которой во время полётов «Аполлонов» ещё не существовало: гипотезы [[теория гигантского столкновения|гигантского столкновения]].
== Примечания ==
{{примечания}}
== Литература ==
* W. K. Hartmann & D R. Davis: ''Satellite-Sized Planetesimals and Lunar Origins'', Icarus 24 (1975): 504—515.
* Hartmann, W. K., et al., eds 1986: ''Origin of the Moon'' (Houston: Lunar and Planetary Institute)
* Dana Mackenzie, «''The Big Splat, or How Our Moon Came to Be''», 2003, John Wiley & Sons, ISBN 0-471-15057-6.
== Ссылки ==
* [http://ziv.telescopes.ru/rubric/astronomy/?pub=3 «Происхождение планет и спутников», Е. В. Рускол, Объединенный институт физики Земли им. О. Ю. Шмидта РАН] — о гипотезе совместной аккреции Луны и Земли
* [http://www.scgis.ru/russian/cp1251/dgggms/3-98/sorokhtin.htm «Модель образования планет В. С. Сафронова и глобальная эволюция Земли», О. Г. Сорохтин, Институт океанологии РАН] — о гипотезе захвата и разрушения Протолуны
* [http://ziv.telescopes.ru/rubric/astronomy/index.html?pub=9 Происхождение Луны. Российская концепция против «американской»] — «ЗиВ» № 6/2005 Э. М. Галимов, академик, ГЕОХИ РАН.
* [http://russian.rt.com/Science/1962 NASA: Луна появилась в результате столкновения с огромным небесным телом] ''Russia Today'', 12 декабря 2012
{{Луна}}
[[Категория:Луна]]
[[Категория:Земля]]
[[Категория:Солнечная система]]
{{Link FA|pt}}
{{Link GA|de}}' |