Луна - самый загадочный объект Солнечной системы. Откуда и как появилась Луна. Первые упоминания о Луне.
В различных древних мифах рассказывается о прилете разных существ именно с Луны. На глиняных табличках Хетов и жителей Вавилона указывалось прибытие Бога Луны, в Китае и Корее указывалось, что с Луны прилетали некие золотые яйца, с которых выходили лунные жители. Самое странное упоминание греков, когда с Луны упало странное существо в металлической шкуре, которое назвали Немейским львом. По преданию его убил сам Геракл. В египетской книге Хатхор говорилось, что Луна является неким всевидящим оком,которое постоянно следит за человеком.
Так откуда же на самом деле появилась Луна?
Что известно о Луне в данный момент:
Луна имеет магнитосферу.
Спутники, как известно, не могут иметь своей магнитосферы. Значит Луна ранее, была планетой, или частью какой-то разрушенной. Существуют предположения, что Луна может являться частью Фаэтона, возможно даже его ядром. Между Марсом и Юпитером ранее существовала планета Фаэтон, которая была уничтожена загадочным образом.
Луна старше нашей планеты примерно на 1.5 миллиарда лет
Взяв части грунта Луны, ученые проведя исследования установили, что Луна на много старше нашей планеты, что кажется невероятным и сумасшедшим. Пока наша наука не в силах это объяснить. Предполагается, что Луна была захвачена притяжением Земли, до этого была независимой планетой.
Состав Луны похож на состав Марса.
Есть предположение, что Луна могла ранее быть спутником Марса, так как ихний состав отлично совпадает, в отличии от нашей планеты. По теории Литтлтона, английского ученого, 2 космических тела, сделанных из одного строительного материала, должны относиться по массе друг к другу, как 1 к 9. Между Луной и Марсом соотношение 1 к 9. Закон подобия который по которому располагаются все планеты в Солнечной системе, так же подтверждает этот факт.
Время, когда у Земли не было Луны. Предания о Луне.
В древних текстах народов мира написано откуда у Земли взялся этот спутник. Эти писания совпадают у разных народов, с небольшими помарками. Везде говорится одно и то же, что раньше у Земли не было Луны и что ее притащили Боги после великой катастрофы. (По греческим легендам) Когда появилась Луна, на Землю пришел великий потоп. Китайцы и евреи говорят, что когда появилась Луна, долгий дождь и землетрясения окутали Землю и что она упала к северу, что означает смену магнитных полюсов. В Египетском храме богини Хатор (Хатхор) все стены расписаны календарем, в котором указываются все беды и катастрофы нашей планеты. По расшифровкам удалось узнать, что Луна была притянута к нашей планете некими Богами. После этого в Египетской мифологии происходят кардинальные изменения. Появляется новый Бог Тот, который отвечает за 5 добавочных дней в году (возможно появление Луны замедлило нашу планету и количество дней увеличилось) Одновременно появились приливы и отливы. За них также отвечает египетский Бог Тот.
На другом конце Земли, древний народ описал на стенах появление нового небесного тела. Не далеко от священного голода Теоанака, на стенах Колосасайя храма стоящий камней начертаны символы, по которым сказано, что 12 тысяч с лишним лет назад появилась у Земли Луна.
В рисунках индейцев Копи говорится,что появление Луны принесло небывалые катастрофы,Земля кувыркалась и раскачивалась.Написано,что планета поменяла свою орбиту и изменила скорость вращения вокруг оси,и Солнце и Луна начали всходить с разных мест.
Разные народы описывали немного по разному.У одних народов Луна появлялась из- под воды,у других из-под воды.
После потопа во многих древних рисунках появился некий кролик, именно так его изображали, который вспахивал землю и сеял урожай, и говорится, что ему помогали некий механические машины.
До появления Луны люди жили по 10 тыс лет.
В древних летописях сказано,что люди ранее жили по 10 тыс.лет.После великой катастрофы люди начали быстрее стареть,и время жизни изменилось до 1 тыс лет,но позже и это было утрачено.
Значит,либо год меньше был,либо условия ране были более приемлемыми для нашего существования.
Луна-как межпланетный корабль инопланетян
Есть мнения, что Луна искусственно создана и является космическим кораблем фаэтонцев, спасшихся на нем перед разрушением своей планеты.
Факты, которые могут это подтвердить:
1.Луна идеально круглая. (ни одно космическое тело не обладает столь совершенными формами. При затмении Луна полностью закрывает Солнце, что и подтверждает этот факт.)
2.Луна не вращается. Это очень странно.Что скрывает задняя часть луны?
Апполон 11 в 1969 году, приземлившийся на Луне был встречен группой НЛО, приземлившихся на другой стороне кратера.Объектов было 3.из них высадились инопланетяне в скафандрах. Центр управления полетами запретил астронавту Нилу Армстронгу покидать Лунный модуль.Так он просидел 7 часов.После этого он нарушил приказ и шагнул на Луну,за что после будет отстранен от космической программы.Позже все корабли программы Апполон будут сопровождаться НЛО.Эти факты зафиксированы на пленках фото и видео.
Запланированную программу Апполонов резко прервали,ссылаясь на недостаточность финансирования.Однако Апполоны 17,18,19 были проплачены на перед. Почему все же программу свернули?Что мешало России присоединить Луну к своей территории,когда США свернулись?
Следующие попытки полета на Луну практически все оказывались неудачными.Некая неведомая сила как бы не давала туда летать.
На Луне начали фиксировать странные вспышки, неоднократно наблюдались странные объекты достигавшие в длину порой 15-20 км. Они то опускались в Лунные кратеры, то потом бесследно исчезали. Странные тени, передвигающиеся по Луне фиксируются почти каждый день. В 12 веке были написаны летописи, в которых грамотно описывалось, что на Луне происходят какие-то вспышки.
На Луне из недр доносятся странные высокочастотные звуки, происходят Лунотрясения, вызываемые возможно некими механизмами, которые находятся в ее недрах.
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.
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.
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.
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».
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».
|
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.
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».
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.
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.
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.
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:
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.
> > > Как образовалась Луна
Узнайте, как появилась Луна – единственный спутник Земли. Описание теорий создания Луны с фото: захват, масштабный удар и одновременное появление с Землей.
После того, как наша звезда Солнце пролила свет, начали формироваться планеты. А вот Луна решила подождать еще несколько миллионов лет. Как же она сформировалась? Есть теории: масштабный удар, одновременное появление и захват. Давайте внимательнее рассмотрим историю Луны.
Масштабный удар
Это главная идея, у которой больше всего сторонников. Земля появилась из пылевого и газового облака. Тогда Солнечная система представляла собою настоящее поле боя, в котором объекты постоянно сталкивались, сливались и меняли орбиту. Один из них попал в Землю, которая как раз только сформировалась.
Ударный объект размером с Марс называют Тейя. При столкновении от нашей планеты отделились куски коры. Гравитация начала притягивать их, пока не образовался целостный объект. Это объясняет, почему Луна создана из более легких элементов, а также обладает меньшей плотностью, чем Земля. Когда материал сконцентрировался вокруг остатков ядра Тейи, то задержался около плоскости земной эклиптики.
Совместное формирование
Планеты и спутник могут формироваться одновременно. То есть, гравитация заставляла кусочки сгущаться и параллельно создавались два объекта. В таком случае, спутник будет обладать похожим с планетой составом и находиться неподалеку. Но Луна все же менее плотная, чего не должно быть, если они появились с одинаковыми тяжелыми элементами в ядре.
Захват
Касательно истории Луны есть мнение, что земная гравитация могла схватить пролетающее мимо тело (так было с марсианскими Фобосом и Деймосом). Скалистое тело могло сформироваться в другом месте нашей системы и втянулось в земную орбиту. Эта теория объясняет различие в составах. Но и здесь есть нестыковки, ведь обычно такие объекты имеют странную форму, а не сферическую. Да и орбитальный путь не встраивается в эклиптику.
Хотя две последние теории объясняют некоторые моменты, но они все же игнорируют множество важных вопросов. Поэтому первое предположение пока является наилучшей моделью появления спутника. Теперь вы больше знаете о том, как появилась Луна.
Читайте также:
(1
оценок, среднее: 5,00
из 5)
Соседство с черной дырой – не самый безопасный вариант для любого космического объекта. В конце концов, эти таинственные формирования настолько прит...
Если вы выберетесь из Солнечной системы, то окажитесь среди звездных соседей, живущих собственной жизнью. Но какая звезда расположена ближе всех? ...
Луна имеет очень большой размер относительно Земли. Диаметр Луны на экваторе (в средней части) равен 3475 км, это чуть меньше четверти диаметра Земли. Поэтому некоторые астрономы даже считают, что систему Земля-Луна надо рассматривать как двойную планету. Но вернемся все-таки к вопросу о происхождении Луны.
На ранних стадиях существования Земли у нее была система колец вроде той, что имеется у Сатурна. Возможно, Луна образовалась из них?
Когда Земля была еще совсем юной и состояла из расплавленных пород, она вращалась так быстро, что из-за этого растянулась, приобрела форму груши, а затем верхняя часть этой «груши» оторвалась и превратилась в Луну. Эту гипотезу в шутку называют «дочерней».
Когда Земля была молодой, она подверглась удару какого-то небесного тела, размер которого составлял половину размера самой Земли. В результате этого столкновения огромное количество вещества было выброшено в космическое пространство, а впоследствии из него сформировалась Луна.
Земля и Луна образовались независимо, в разных частях Солнечной системы. Когда Луна проходила близко к земной орбите, она была захвачена гравитационным полем Земли и стала её спутником. Эту гипотезу в шутку называют «супружеской».
Земля и Луна образовались одновременно, в непосредственной близости друг от друга (в шутку - «сестринская» гипотеза).
Несколько маленьких лун были захвачены гравитацией Земли, затем они столкнулись друг с другом, разрушились, и из их обломков образовалась нынешняя Луна.
Из расплавленной протоземли были выпарены в пространство значительные массы вещества, которое затем остыло, сконденсировалось на орбите и образовало протолуну.
Каждая из этих гипотез имеет свои «за» и свои «против». В настоящее время основной и более приемлемой считается гипотеза столкновения. Рассмотрим ее подробнее.
Эта гипотеза была предложена Уильямом Хартманом и Дональдом Дэвисом в 1975 году. По их предположению, протопланета (её назвали Тейя) размером примерно с Марс столкнулась с прото-Землей на ранней стадии её формирования, когда Земля 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.
Почему именно эта гипотеза о происхождении Луны считается основной? 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. Такой сценарий хорошо объясняет и низкую скорость столкновения, и угол удара, и нынешнюю, почти точно круговую орбиту Земли.
Но и у этой гипотезы есть свои уязвимые места, как, впрочем, у каждой гипотезы (ведь ГИПОТЕЗА в переводе с древнегреческого обозначает «предположение»).
Так вот, уязвимость этой гипотезы состоит в следующем: у Луны очень маленькое железо-никелевое ядро - оно составляет всего 2-3 % от общей массы спутника. А металлическое ядро Земли составляет около 30 % массы планеты. 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 выделилось тяжёлое железное ядро и образовалась лёгкая силикатная мантия. Но однозначных геологических подтверждений этому допущению не найдено.
