как Луна и Земля влияют друг на друга
Луна ─ уникальный спутник в Солнечной системе. В то время как большинство лун намного меньше своих планет, наша ─ не так кардинально отличается от Земли по размеру, поэтому Земля и Луна могут рассматриваться как двойная планета, ведь Луна не так мала по сравнению с Землей, чтобы быть сугубо ее спутником. У Марса, например, есть два спутника ─ Фобос и Деймос ─ и они совсем крошечные по сравнению со своей основной планетой.
Луна играет грандиозную роль в жизни нашей планеты: стабилизирует ось вращения Земли и наш климат, располагает огромным количеством возобновляемых ресурсов, которые в будущем можно использовать для нужд человечества, и, конечно, является источником вдохновения для людей на протяжении тысяч лет.
Согласно наиболее распространенной в научном сообществе (но не единственной) теории, Луна образовалась около 4,5 миллиардов лет назад в результате столкновения Земли с другой планетой, предположительно размером с Марс.
Сегодня эта гипотетическая планета носит имя Тея. В пользу модели ударного формирования Луны говорит схожий изотопный состав кислорода на Земле и Луне и ряд других данных. В то же время есть исследования, показывающие, что по своему составу Лунная мантия близка скорее к протопланете Тея.
Рождение Луны. Иллюстрация: Космос Просто.
Из презентации академика РАН Льва Матвеевича Зеленого на Общем собрании РАН, апрель 2021 г.
Сотни миллионов лет назад Луна находилась гораздо ближе к Земле, и ее вклад в приливы и отливы на нашей планете был более ощутим. Согласно одной из гипотез, столь мощные приливы-отливы могли способствовать тому, что жизнь перебралась из воды на сушу.
Сегодня спутник Земли представляет наибольший интерес в качестве источника ресурсов. Согласно прогнозам Goldman Sachs, разведанных запасов золота, алмазов и цинка на Земле осталось на 20 лет добычи, а резервы платины, меди и никеля иссякнут через 40 лет.
Иллюстрация: https://www.bbc.com/russian.
Говорят, ничто не вечно под Луной. Но и сама Луна не вечна. Известно, что спутник отдаляется от Земли примерно на 4 см в год. Из-за этого дни на нашей планете становятся длиннее, но мы этого не замечаем: наиболее ярко выраженными последствия отдаления Луны станут лишь через миллионы, а то и сотни миллионов лет спустя.
Несмотря на современные технологии, наши знания о динамике отдаления Луны не полны, считает доктор физико-математических наук, заведующий отделом исследований Луны и планет в Государственном астрономическом институте им. П.К. Штернберга им. М.В. Ломоносова Владислав Владимирович Шевченко. В комментарии «Научной России» ученый рассказал об этом подробнее:
«Когда появились лазерные измерения, лазерные отражатели, установленные на Луне, мы научились намного точнее измерять расстояние от Луны до Земли, но, опять-таки, это расстояние между излучателем лазерного луча и отражателем ─ а чтобы получить более углубленные данные, нужно понять, как этот отражатель стоит по отношению к центру геометрической фигуры или к центру ядра и т.д., и это уже более сложная задача. Поэтому точность расчетов отдаления Луны пока что не очень уверенная, даже при использовании лазерных измерений, лазерной локации. Кроме того, этот процесс (отдаление Луны) станет ощутимым, по-видимому, только спустя миллионы или даже миллиарды лет, а значит, нашу цивилизацию он, скорее всего, не затронет.
Вклад Луны в развитие нашей биосферы по-прежнему велик ─ так же, как это и было миллиарды лет назад на самой ранней стадии развития системы Земля-Луна. Такую систему часто называют двойной планетой из-за тесной взаимосвязи Земли и Луны. Из недавнего мне на ум сразу приходит случай, который напрямую был связан, в числе прочего, и с воздействием Луны, ─ это авария на АЭС «Фукусима-1» в 2011 году. Авария произошла из-за землетрясения и последовавшего за ним цунами, и, если сравнить это все с положением Луны, то как раз получается, что этот катастрофический момент совпадал с тем моментом, когда Луна пересекала географический меридиан АЭС, находясь высоко над горизонтом этого места (места расположения АЭС). Таким образом, беря в расчет приливно-отливные влияния Луны, мы понимаем, что она усугубила силу этого цунами.
В целом, есть немало указаний на то, что в таких двойных системах, как наша Земля-Луна, одна планета может сильно влиять на биосферу другой.
Смена климатических механизмов на Земле может быть связана не только с антропогенным воздействием, но и с влиянием Луны. Этот фактор тоже не стоит недооценивать».
Фото на главной странице сайта: https://ru.123rf.com
Что, если бы… Земля осталась без Луны?
Случайный климат
Смене времен года мы обязаны наклону оси вращения Земли к плоскости ее орбиты. Луна выравнивает земную «болтанку», и угол постоянен. Без спутника неизменный климат периодически сменялся бы экстремальным с такой же разницей температур между зимой и осенью, как между Южным полюсом и экватором.
Возможность жизни
На ранних этапах формирования системы «Земля — Луна» под воздействием притяжения спутника, неравномерного для ближней и дальней части планеты, земная магма постоянно двигалась. Это дополнительно разогревало Землю, и она оставалась жидкой и теплой дольше «положенного» срока. Возможно, именно эта отсрочка дала зарождающейся жизни шанс закрепиться на планете.
Темные ночи
Ночи на безлунной Земле были бы куда темнее, чем сейчас.
Второй по яркости объект ночного неба, Венера, светит в 14 000 раз слабее спутника. Эволюционируя в полной темноте, приматы развили бы отличное ночное зрение — иначе их бы попросту съели хищники. И кто знает, понадобилось бы тогда изобретать лампочку.
Никаких затмений
Не будь Луны, земляне никогда не смогли бы любоваться солнечными затмениями. Благодаря удачно «подобранному» расстоянию, в тот момент, когда Луна оказывается между Землей и Солнцем, ее тень полностью закрывает звезду. Следующий по размерам объект, который может «затмить» Солнце, — Венера — выглядит на его фоне как крошечное темное пятнышко.
Сверхбыстрый год
Спутник не только заставляет земные океаны двигаться. Из-за так называемого приливного ускорения Земля с каждым годом вращается все медленнее. За столетие год удлиняется на две микросекунды (микросекунда — одна миллионная секунды). С тех пор как планета обзавелась спутником, он замедлил вращение Земли в несколько раз! Без Луны сутки длились бы восемь часов, а год насчитывал бы больше 1000 дней.
Суровый климат
Из-за скоростного вращения Земли в атмосфере все время формировались бы мощные потоки, ветра и шторма. Большинство нынешних животных и растений не выдержали бы таких условий, так что флора и фауна безлунной Земли напоминала бы флору и фауну суровых степей и высокогорных плато.
Спокойная вода
Воды океана перемещают приливные силы Луны и Солнца, причем вклад звезды только 40%. Без лунной гравитации не было бы кораллов и многих моллюсков, которые неподвижны и ловят еду в перемещающейся под воздействием Луны воде. А значит, морские пищевые цепочки были бы устроены совершенно иначе.
Прошлое: космическая авария
Считается, что Земля сформировалась 4,56 млрд лет назад и обзавелась спутником уже 30 млн лет спустя, после того как в планету врезался объект размером с Марс. Он выбил из тогда еще полужидкой планеты гигантский кусок, который не смог преодолеть силу притяжения и остался на орбите Земли. Изначально Луна находилась на расстоянии 20 000–30 000 км от планеты — в 20 раз ближе, чем сейчас.
По-соседски
Луна не только украшает ночное небо и волнует влюбленных. Несмотря на значительное расстояние (космонавты добираются до спутника трое суток), Луна влияет на Землю сильнее, чем любое другое небесное тело. Рисунок гор и равнин, животный мир океанов и даже продолжительность суток — без Луны на нашей планете все было бы иначе.
Иллюстрации: Андрей Дорохин, Alamy / Legion-Media
Материал опубликован в журнале «Вокруг света» № 11, ноябрь 2014
Теги
- наука
Сегодня читают
Тест: посмотрите на свой нос и узнайте важное о своем характере
Тест: выберите самолет, а мы расскажем, куда вы отправитесь в ближайшее время
Тест: линии на запястьях расскажут о сильных сторонах вашей личности
Тест: как хорошо вы помните свое детство? Продолжите крылатую фразу из советского мультика
Тест: ответьте на 5 вопросов, а нейросеть нарисует вашего идеального друга
Объяснение образования Земли и Луны
Серия объяснений
Узнайте больше о прорывах, впервые реализованных в Чикагском университете
К Саша Уоррен
Земля образовалась более 4,6 миллиардов лет назад из смеси пыли и газа вокруг молодого Солнца.
Он стал больше благодаря бесчисленным столкновениям между частицами пыли, астероидами и другими растущими планетами, включая один последний гигантский удар, выбросивший в космос достаточно камней, газа и пыли, чтобы сформировать Луну.
Несмотря на то, что горные породы, отражающие самые ранние периоды истории Земли, были разрушены или деформированы геологическими процессами более четырех миллиардов лет, ученые могут использовать современные горные породы, образцы Луны и метеориты, чтобы выяснить, когда и как сформировались Земля и Луна, а также что они, возможно, когда-то выглядели так.
Перейти к разделу:
- Как образовались Земля и Луна?
- Как и когда образовалась ранняя Земля?
- Как образовалась Луна?
- Когда образовалась Луна?
- Как выглядела ранняя Земля?
- Как выглядела ранняя луна?
- Какие вопросы остаются?
Земля, как и все другие планеты Солнечной системы, начала свою жизнь как диск из пыли и газа, вращающийся вокруг молодого Солнца.
Частицы пыли были собраны силами сопротивления, чтобы сформировать глыбы породы, которые выросли в «планетезимали» диаметром от десятков до сотен миль, а затем в «протопланеты» размером с Марс, сталкиваясь друг с другом.
Земля выросла до своего окончательного размера в результате последнего крупного столкновения с другим объектом размером с Марс. Это последнее столкновение, также известное как «лунообразующее столкновение», было настолько сильным, что — в дополнение к добавлению большого количества материала на Землю — было достаточно энергии, чтобы испарить часть камня и металла как с протоземли, так и с Земли. воздействующий объект. Этот пар образовал диск вокруг Земли, который в конечном итоге остыл и слипся, превратившись в Луну.
Мы знаем это благодаря тщательным исследованиям метеоритов и образцов горных пород, в том числе в Чикагском университете, в 20-м и 21-м веках.
Понимание того, как сформировались Земля и Луна, важно для того, чтобы собрать воедино историю Солнечной системы и ответить на такие вопросы, как время формирования планет, из чего состоят планеты и что делает планету пригодной для жизни.
Теперь ученые считают, что история Земли началась около 4,6 миллиарда лет назад в дисковидном облаке пыли и газа, вращающемся вокруг раннего Солнца и состоящем из материала, оставшегося после формирования Солнца.
Внутри этого диска частицы газа и пыли разного размера вращаются вокруг Солнца с несколько разной скоростью, что позволяет им сталкиваться друг с другом и слипаться. В конце концов, они превратились из крошечных пылинок в валуны, а затем в более крупные «планетезимали», диаметр которых варьировался от миль до сотен миль.
Поскольку эти планетезимали были крупнее валунов, они обладали достаточно сильной гравитацией, чтобы стягивать соседние планетезимали с орбиты и поглощать их в результате столкновений, что позволяло некоторым планетезималям становиться все больше и больше, пока они не достигли тысяч миль в диаметре — примерно размером с Луна и Марс.
Откуда мы знаем?
Ключ — метеориты. Метеориты приносят на Землю множество различных материалов со всей Солнечной системы, где ученые могут их изучать. Эти материалы включают хондры — крошечные кусочки пыли и камня, которые уцелели еще до образования планет, а также кусочки астероидов и планетезималей, оставшиеся в процессе строительства планет. Радиоактивные элементы, такие как уран и гафний, задерживаются внутри минералов, из которых состоят эти объекты, когда они формируются, что позволяет ученым-планетологам определить, сколько им лет.
Используя эти измерения и моделирование физики пыли и столкновений планетезималей, планетологи и астрономы установили, что процесс превращения пыли в протопланету занимает десятки миллионов лет.
Но финальная стадия формирования планет в нашей Солнечной системе могла занять гораздо больше времени — до ста миллионов лет или около того. Это было не только последнее крупное добавление материала к Земле, но и событие, которое сформировало Луну — и это одна из самых обсуждаемых частей истории.
Ученые предложили несколько различных теорий образования Луны. Однако история, которая лучше всего подтверждается всеми доступными данными, состоит в том, что Луна образовалась во время гигантского столкновения между прото-Землей и другой протопланетой размером примерно Марс, иногда известный как «Тейя».
Согласно этой теории, Луна образовалась из обломков удара — смеси расплавленной породы и горячего газа — выброшенных в космос в результате удара, потенциально сформировав диск материала, известный как «лунная синестия».
Альтернативные теории, предложенные учеными, включают:
- Луна оторвалась от Земли («Теория деления»)
- Луна образовалась в другом месте Солнечной системы и была захвачена гравитацией Земли («Теория захвата»)
- Земля и Луна образовались из протопланетного диска одновременно («Соформация»)
Откуда мы знаем?
Образцы горных пород с Луны, принесенные на Землю лунными метеоритами и высадкой на Луну Аполлона, могут быть использованы для понимания истории Луны и ее связи с Землей через химический состав их минералов.
Ученые-планетологи, такие как профессор Николя Дофас и профессор Энди Дэвис с факультета геофизических наук Чикагского университета, проводят точные измерения лунных образцов, чтобы точно определить, из чего они сделаны, и определяют химические следы различных геологических процессов, таких как плавление и перемешивание горных пород и испарение газов.
Первая большая подсказка о том, откуда появилась Луна, связана с кислородом. Кислород, как и многие другие элементы, может существовать в нескольких формах, известных как изотопы. Различные типы метеоритов, прилетающие из астероидов, оставшихся в Солнечной системе после образования планет, имеют разные пропорции каждого из этих изотопов кислорода. Итак, измеряя изотопы кислорода на данной планете, планетологи могут рассчитать различные типы астероидов, которые столкнулись, чтобы сформировать планету. Лунные образцы имеют очень похожий состав изотопов кислорода на Землю.
Некоторые ученые считают, что изотопы кислорода появились потому, что объект, упавший на Землю, состоял из той же смеси метеоритов, что и сама Земля, что потенциально позволяет предположить, что планета-ударник образовалась недалеко от Солнечной системы.
Другие ученые предполагают, что после удара весь кислород смог перемещаться в горячем паре, окружающем Землю и Луну, смешивая все различные изотопы кислорода и стирая все первоначальные различия между Землей и Тейей.
Однако между химией Земли и Луны тоже есть много различий. При высоких температурах, достигаемых во время планетарных столкновений, многие элементы, которые мы не привыкли считать газами, например, калий, цинк и натрий, могут существовать в виде пара. Концентрации этих «летучих» элементов в лунных породах намного ниже, чем в породах на Земле.
Одна из возможностей состоит в том, что у горячих обломков, образовавшихся при ударе, было много времени, чтобы испарить эти элементы, прежде чем они слиплись вместе, образовав луну. Во-вторых, когда образовалась Луна, она была очень горячей с глубоким магматическим океаном, как и Земля, а низкая гравитация и отсутствие атмосферы на Луне позволяли летучим элементам, которые не вырвались бы из более крупного объекта, испариться в космос.
Обе эти улики трудно объяснить без гигантского удара. Ударное происхождение Луны обеспечивает высокие температуры, необходимые для объяснения нехватки калия, цинка и натрия на Луне, а также возможность большого количества смешивания между протоземлей и материалом, который станет луной. Но когда произошло это воздействие?
Когда образовалась Луна?Ученые считают, что Луна образовалась во время гигантского столкновения примерно через 60-175 миллионов лет после рождения Солнечной системы. Чтобы получить эту оценку, они могут использовать камни с Земли.
По мере роста больших планетезималей тепло, выделяющееся при повторяющихся столкновениях и радиоактивном распаде элементов внутри их минералов — достаточно, чтобы вызвать плавление. Это позволяет материалам с разной плотностью разделяться, при этом такие металлы, как железо и никель, погружаются внутрь, образуя ядро, а более легкие камни «плавают» сверху.
Ко времени удара, образовавшего Луну, Земля уже была разделена на эти слои камня и металла.
Однако мощная сила и высокая температура удара вновь расплавили протоземлю, повторно смешав разделенные горные породы и металл. После этого смешения Земля была еще достаточно горячей, чтобы снова произошло разделение и образовались новые слои породы и металла — это ключ к датировке образования Луны!
Когда рок и металл смешиваются, они могут поменять местами некоторые элементы. Такие элементы, как гафний, предпочитают смешивать с камнем, а не с металлом. Гафний распадается примерно за 10 миллионов лет, образуя вольфрам. Впервые Земля остыла и разделилась на горные породы и слои металла в начале истории Солнечной системы, поэтому в каменистом слое Земли присутствовало много гафния, потому что он еще не успел распасться до вольфрама. К тому времени, когда произошло столкновение с формированием Луны, большая часть этого раннего гафния распалась до вольфрама. Такие элементы, как вольфрам, предпочитают смешивать с металлом, поэтому, когда удар снова смешал Землю, новообразованный вольфрам погрузился в металлическое ядро.
Это создало каменистый внешний слой с более низкой концентрацией гафния, чем раньше, и металлическое ядро с гораздо большим количеством вольфрама.
Сегодня весь гафний исчез, потому что у него короткий период полураспада по сравнению с возрастом Земли. Однако не все потеряно — это делает его очень полезным для определения времени событий в первые сто миллионов лет истории Солнечной системы. Концентрация вольфрама в земных породах зависит от того, когда произошло самое последнее разделение на слои породы и металла. Концентрация вольфрама в земных породах слишком мала, чтобы ее можно было объяснить ранним разделением металла и породы, что означает, что что-то должно было повторно смешать слои Земли. Лучшим объяснением тепла и энергии, необходимых для этого, является гигантское столкновение примерно через 60-175 миллионов лет после рождения Солнечной системы.
Как выглядела ранняя Земля? После удара, образовавшего Луну, Земля сильно отличалась от мира, который мы видим сегодня! В то время как современная Земля имеет океаны, покрывающие большую часть ее поверхности, ранняя Земля была покрыта океаном магмы — слоем расплавленной породы глубиной в сотни миль, расплавленной энергией, выделившейся во время столкновения.
Любая присутствующая вода будет существовать только в виде водяного пара в атмосфере.
Если этого было недостаточно, раннее солнце также было гораздо более активным, чем сегодня, обрушивая всю Солнечную систему УФ-излучением, достаточно мощным, чтобы испарить целые атмосферы.
Со временем, после того как магматический океан достаточно остыл, чтобы образовать твердую поверхность, атмосфера Земли пополнялась за счет вулканических извержений, а также воды и других газов, доставляемых кометами и метеоритами, врезавшимися в поверхность.
Это также был первый шаг к развитию тектоники плит на нашей планете. Тектоника плит описывает гигантские «плиты» земной коры, которые медленно перемещаются по поверхности Земли на протяжении сотен миллионов лет; он не только производит новые породы в вулканах, где плиты раздвигаются, но также может перерабатывать камни с поверхности Земли и атмосферы обратно внутрь, где плиты сходятся. Этот процесс, известный как «субдукция», переносит камни, воду и углекислый газ, захваченные минералами, обратно в недра Земли, где они могут вызвать будущие извержения вулканов, продолжая тектонический цикл плит.
Некоторые планетологи считают, что тектоника плит необходима для развития жизни на планете. Это связано с тем, что повторяющееся образование и разрушение земной коры в результате тектоники плит одновременно высвобождает углекислый газ в атмосферу и удаляет его, помогая поддерживать одинаковые температуры на Земле (и комфортные для микробов, рыб и людей!) на протяжении миллиардов лет.
Наличие у планеты тектоники плит гораздо сложнее, чем просто наличие твердой поверхности, и может также зависеть от типов и количества различных астероидов, планетезималей и протопланет, из которых состоит Земля, из-за того, что различные химические вещества и вещества полезные ископаемые могут изменить поведение недр планеты на протяжении миллиардов лет.
Как выглядела ранняя луна? Большинство из нас представляет себе Луну как безлюдное, серое место с кратерами и ничем другим, но на протяжении большей части своей истории она была удивительно геологически активной.
Как и Земля, Луна началась с толстого слоя расплавленной породы на ее поверхности.
Однако, в отличие от Земли, поверхность Луны не охлаждалась, образуя тектонические плиты. Вместо этого у него толстая корка, почти полностью состоящая из светлого минерала, называемого полевым шпатом. Полевой шпат является основным материалом, из которого состоят яркие области, которые мы можем видеть на Луне сегодня, также известные как лунные нагорья. Полевой шпат кристаллизовался, когда океан магмы остыл, и стал достаточно легким, чтобы всплыть на поверхность Луны поверх других минералов и оставшейся магмы. (Планетарные ученые могут использовать тот факт, что эта корка из полевого шпата образовалась на Луне, а не на Земле, чтобы попытаться определить различия в раннем химическом составе и условиях охлаждения между двумя объектами, чтобы узнать больше об образовании Луны.)
Однако образование корки из полевого шпата не ознаменовало конец геологической активности на Луне. Тепло, оставшееся от удара, а также дополнительное тепло, выделенное радиоактивными элементами, было способно расплавить горную породу глубоко в полдень, чтобы подпитывать вулканы на ее поверхности.
В результате таяния образовался базальт, порода темного цвета, обычно встречающаяся сегодня в вулканах на Земле в таких местах, как Гавайи и Исландия. Базальт разлился на сотни километров по поверхности Луны, образовав «кобылу» (что означает «моря» на латыни) толщиной до мили. Эти кобылы покрывают около 16% поверхности Луны и видны невооруженным глазом как темные пятна на Луне.
Ученые-планетологи могут сказать, что базальтовые кобылы моложе, чем полевошпатовые нагорья, по количеству кратеров на различных поверхностях. У кобылы меньше кратеров на верхней поверхности, чем у высокогорья, потому что у них было меньше времени, чтобы пострадать от астероидов и метеоритов. Считается, что самой молодой кобыле всего 1,1 миллиарда лет, а это означает, что вулканы на Луне все еще извергались через два миллиарда лет после появления первых признанных свидетельств жизни на Земле!
Еще одной особенностью ранней Луны была ее орбита. Сегодня Луна удаляется от Земли примерно на 1,5 дюйма каждый год.
Ученые-планетологи рассчитали расстояние между Землей и Луной в обратном направлении во времени и обнаружили, что Луна была в семнадцать раз ближе (14 000 миль против 250 000 миль), когда формировалась.
Это изменяющееся расстояние между Землей и Луной является важной подсказкой о деталях удара, формирующего Луну, потому что изменение размера, скорости и углов сближения ударников в симуляциях формирования Луны изменяет орбиту окончательной системы Земля-Луна. Планетологам необходимо найти моделирование удара, которое могло бы соответствовать не только химическому составу Луны, но и тому, насколько далеко она находилась от Земли и как быстро она вращалась изначально.
Какие вопросы остались? Хотя ученые согласны с тем, что Луна образовалась в результате удара, детали удара все еще обсуждаются. Ученые до сих пор не пришли к единому мнению о том, насколько велик был столкнувшийся объект, как быстро он двигался, из чего он был сделан и даже следует ли нам называть его «Тейя».
Некоторые ученые даже утверждают, что Луна могла быть сформирована несколькими столкновениями, а не одним!
помогают ученым лучше понять, что происходит с различными типами горных пород и элементами в экстремальных условиях крупных ударов. Исследовательская группа профессора Николаса Дофаса из Калифорнийского университета в Чикаго испаряет металлы в вакууме, чтобы смоделировать условия, присутствующие в облаке ударных обломков, чтобы попытаться объяснить, почему в лунных породах гораздо меньше таких элементов, как натрий, цинк и калий, по сравнению с Землей.
Однако некоторые эксперименты могут быть слишком масштабными для лаборатории, поэтому для исследования влияния формирования Луны также используется компьютерное моделирование. Эти симуляции позволяют ученым виртуально сталкивать прото-Землю и различные типы планетезималей на разных скоростях и под разными углами, чтобы выяснить, какие комбинации свойств могут сформировать луну с такими размерами и орбитой, которые мы видим сегодня.
В будущем новые образцы с Луны могут предоставить планетарным ученым более широкий спектр различных типов лунных пород для работы. Это важно, потому что новые образцы могут отражать различные фрагменты истории Луны, которых нет в существующих лунных породах, доставленных миссиями «Аполлон». По мере совершенствования методов измерения планетарные ученые также смогут измерять новые химические характеристики лунных пород и улучшать существующие измерения. Чем больше у ученых будет измерений, тем больше способов они смогут проверить различные теории о том, как образовалась наша Луна, о ее связи с Землей и, возможно, даже о том, как луны могли родиться вокруг других планет далеко за пределами нашей Солнечной системы!
Как образовалась Луна?
Исследователь планетологии музея профессор Сара Рассел объясняет происхождение ближайшего спутника Земли.
Анализ образцов, доставленных из миссий НАСА «Аполлон», позволяет предположить, что Земля и Луна являются результатом гигантского столкновения ранней протопланеты с астрономическим телом под названием Тейя.
Несколько теорий
«Раньше существовало несколько теорий о том, как была создана Луна, и одной из целей программы «Аполлон» было выяснить, как у нас появилась Луна, — говорит Сара.
До начала исследований миссии «Аполлон» существовало три теории о том, как образовалась Луна.
Теория захвата предполагает, что Луна была блуждающим телом (похожим на астероид), которое образовалось где-то в Солнечной системе и было захвачено гравитацией Земли, когда она проходила поблизости. Напротив, теория аккреции предполагала, что Луна была создана вместе с Землей при ее формировании. Наконец, согласно сценарию деления, Земля вращалась так быстро, что часть материала оторвалась и начала вращаться вокруг планеты.
Сегодня наиболее широко распространена теория гигантского удара. Предполагается, что Луна образовалась во время столкновения Земли с другой небольшой планетой размером с Марс. Обломки от этого удара собрались на орбите вокруг Земли, чтобы сформировать Луну.
Лунный метеорит Дар аль-Гани 400
Свидетельства миссии «Аполлон»
Миссии «Аполлон» доставили с Луны более трети тонны камня и почвы.
«Когда камни Аполлона вернулись, они показали, что Земля и Луна имеют некоторые поразительные химические и изотопные сходства, предполагая, что у них есть связанная история», — говорит Сара.
‘Если бы Луна была создана в другом месте и была захвачена гравитацией Земли, мы бы ожидали, что ее состав будет сильно отличаться от земного.
‘Если бы Луна была создана в то же время или отделилась от Земли, то можно было бы ожидать, что тип и пропорция минералов на Луне будут такими же, как на Земле. Но они немного отличаются.
Минералы на Луне содержат меньше воды, чем аналогичные земные породы. Луна богата материалом, который быстро образуется при высокой температуре.
‘В семидесятых и восьмидесятых годах было много споров, которые привели к почти всеобщему признанию модели гигантского удара.’
Лунные метеориты также являются важным источником данных для изучения происхождения Луны.
«В некотором смысле метеориты могут рассказать нам о Луне больше, чем образцы «Аполлона», потому что метеориты прилетают со всей поверхности Луны, — добавляет Сара, — в то время как образцы «Аполлона» поступают только из одного места у экватора на ближней стороне Луны. Луна.’
Величайший побочный продукт Земли
До Земли и Луны существовали прото-Земля и Тейя (планета размером примерно с Марс).
Модель гигантского столкновения предполагает, что в какой-то момент очень ранней истории Земли эти два тела столкнулись.
Во время этого массивного столкновения почти вся Земля и Тейя расплавились и преобразовались в одно тело, а небольшая часть новой массы отделилась, чтобы стать Луной, какой мы ее знаем.
Ученые экспериментировали с моделированием удара, изменяя размер Theia, чтобы проверить, что происходит при разных размерах и углах удара, пытаясь получить максимально возможное совпадение.
«Сейчас люди склоняются к идее, что ранняя Земля и Тейя изначально были сделаны почти из одних и тех же материалов, поскольку находились в одном районе во время формирования Солнечной системы, — объясняет Сара.
‘Если бы два тела прибыли из одного и того же места и были сделаны из одинакового материала, это также объясняет, насколько похож их состав.’
Лунный пейзаж с изображением кратера Антониади вблизи южного полюса Луны
Лунные пейзажи
Минералогия Земли и Луны настолько близки, что можно наблюдать луноподобные ландшафты, не вылетая в космос.
«Если вы посмотрите на лунную поверхность, то увидите, что она бледно-серая с темными пятнами, — говорит Сара. — Бледно-серый — это порода, называемая анортозитом. Он образуется, когда расплавленная порода остывает, и более легкие материалы всплывают наверх, а темные области представляют собой другой тип горной породы, называемый базальтом».
Что такое темные пятна на Луне?
Аналогичный анортозит можно увидеть на острове Ром в Шотландии. Более того, большая часть дна океана состоит из базальта — это самая распространенная поверхность на всех внутренних планетах нашей Солнечной системы.
«Однако на Луне есть нечто особенное, чего мы никогда не сможем воспроизвести на Земле, так это то, что Луна геологически довольно мертва, — говорит Сара.
На Луне не было вулканов миллиарды лет, поэтому ее поверхность практически не изменилась. Вот почему так хорошо видны ударные кратеры.
Глядя на Луну, мы можем многое рассказать о том, какой была Земля четыре миллиарда лет назад.
Профессор Сара Рассел подробнее рассказывает о формировании Луны:
Уравновешивающее влияние
Наличие такой большой Луны, как наша, является уникальным явлением в нашей Солнечной системе.
«В то время как у других планет есть крошечные спутники, земная Луна размером почти с Марс, — говорит Сара.
‘Если вы посмотрите на другие планеты, похожие на нашу, вы увидите, что они довольно сильно качаются на своей орбите (движется Северный полюс), и в результате климат гораздо более непредсказуем.’
Кусок лунной породы анортозитовой брекчии в стеклянной призме
Луна помогла стабилизировать орбиту Земли и уменьшить движение полюсов. Это помогло создать относительно стабильный климат на нашей планете.
«Это предмет довольно многочисленных научных дебатов о том, насколько важна Луна для существования жизни на Земле».
Есть ли у Земли более одной луны?
Действительно может быть несколько объектов на орбите вокруг Земли. Но, насколько нам известно, это объекты, которые планета втянула на свою орбиту — скорее всего, захваченные астероиды. У этих естественных спутников не такая важная история, как у Луны, и они, вероятно, существуют только временно на орбите Земли.
Увидеть кусочек Луны в Музее
Исследуйте драгоценные камни и минералы, в том числе кусок лунного камня Аполлона, в галереях Земли Музея.