Информация


Рождение Луны

Луна — единственное небесное светило, которое мы можем рассмотреть невооруженным глазом. Каждый вечер она появляется на небосклоне и скрывается в лучах восходящего Солнца. Влиянию Луны подвержены как природные явления, так поведение и физиология человека. Во многих культурах ее наделяли мистическими качествами и способностями. Кроме того Луна вдохновляла на создание художественных и музыкальных произведений. Вспомните «Лунную сонату» Бетховена. А кто же такая Луна и как она оказалась в такой близости от нашей Земли?

Рождение Луны

Гипотеза гигантского воздействия

О том, как сформировалась Луна, существует множество различных теорий. По самой известной из них (до недавнего времени), она образовалась вскоре после появления нашей Земли, около 4,6 миллиардов лет назад. Дело обстояло примерно так. Наша планета столкнулась небесным телом, размер которого был примерно равен размеру Марса. Эта планета получила название Тея. Она была частично поглощена Землей, а остатки в виде мусора и обломков — выброшены на ее орбиту, где стали «слипаться между собой», образовывая новое небесное тело – Луну.

Эту теорию (получившую название «гипотеза гигантского воздействия») подтвердил анализ образцов, взятых с лунной поверхности. Оказалось, что поверхность Луны когда-то была расплавленной. У этого небесного тела относительно небольшое ядро, состоящее из железа. Плотность Луны значительно меньше плотности Земли. Учеными были созданы компьютерные модели, иллюстрирующие то, как формировалась наша Вселенная. Согласно исследованием, столкновения небесных тел, в результате которых рождаются новые планеты, происходят достаточно часто. Так что появление Луны совсем не случайность.

Это была одна из теорий, выдвинутая двумя группами американских ученых в далекие 70-е. Она удачно объяснила такое явление, как дефицит железа на Луне. Яко бы Луна образовалась уже после формирования ядра земли, а все металлы были сконцентрированы именно в нем. Но позднее российские ученые озвучили и обосновали другую теорию, суть которой в том, что Луна возникла в следствие фрагментации пылевого сгущения.

Сомнения и гипотезы

Внутренняя часть солнечной системы включает в себя такие планеты как Меркурий, Венера, Земля и Марс. И только две из них имеют постоянные спутники. У Марса это Фобос и Деймос. Это небольшие небесные тела неправильной формы. Крупнейший из них — Фобос имеет максимальный диаметр всего 20 километров. У Земли же один единственный спутник — Луна, диаметром целых 3560 километров.

Как говорилось выше, Земля имеет плотность, намного превышающую плотность Луны. И дело даже не в том, что размер Земли во много раз больше лунного и недра планеты находятся под большим давлением. Дело в том, что значительная часть массы нашей Земли приходится на ее ядро (32%). В его состав входят железо, никель и примесь легких элементов. Размер лунного ядра до сих пор не выяснен. Но, исходя из низкой плотности поверхности и ограничения, налагаемого величиной момента инерции, оно не может превышать 5% общей массы планеты. Наиболее вероятно, что ядро имеет массу примерно от 1 до 3 % общего веса планеты, что означает, что его радиус около 250–450 километров.

В прошлом веке возникало множество теорий возникновения Луны: отделение от Земли, случайный захват на околоземную орбиту, коаккреция из роя твердых тел и многое другое. Теория, заключающаяся в том, что Луна возникла путем отделения части Земли (в жидком состоянии) была признана несостоятельной еще в 30-е годы прошлого столетия. Дело в том, что суммарный вращательный момент Земли и Луны недостаточен для возникновения ротационной неустойчивости (потеря вещества под действием центробежной силы).

Теория захвата Луны на околоземную орбиту тоже очень быстро была признана несостоятельной. Гипотеза о коаккреции, выдвинутая отечественными учеными, не смогла объяснить разную плотность Земли и Луны. К тому же, возник вопрос, как Луна могла потерять избыточное железо? Тогда же, в 70-е годы прошлого столетия и появилась гипотеза мегаимпакта — теория, описанная в начале статьи. Она была достаточно удобной, так как смогла объяснить низкое содержания железа в лунном грунте тем, что на момент столкновения земное ядро уже сформировалось, сконцентрировав в себе большую часть железа. Луна же формировалась из ее мантии.

Долгие годы никто не ставил под сомнение эту теорию, возникало только два вопроса: каков был возраст Земли в момент удара и величина тела, столкнувшегося с нашей планетой? Однако результаты геохимического анализа заставляют задуматься об истинности этой теории. Выяснилось, что Луна обеднена «летучими элементами». Они легко испаряются при нагреве до 100–200оС (соединения углерода, азота, серы и вода). При более высоких температурах (300–500оС) и низком давлении летучие свойства проявляют и элементы, входящие в состав твердых тел. Земля не особо богата «летучими» веществами, но даже по сравнению с ней на Луне их слишком мало.

Конечно, можно объяснить этот факт тем, что в момент столкновения произошел огромный выброс расплавленных веществ и под действием высоких температур летучие элементы просто испарились. Но не все так просто. В момент взрыва происходит такое явление, как фракционированием изотопов. Это значит примерно следующее: в процессе испарения легкий изотоп опережает тяжелый, таким образом, остаточное вещество обогащается тяжелым изотопом утраченного элемента. Согласно исследованиям американского ученого Р. Клейтона, никакого сдвига изотопного состава в лунном веществе нет.

Теория академика Галимова

Десять лет назад российский ученый, академик ГЕОХИ РАН Э.М. Галимов выдвинул собственную теорию того, как же все-таки появилась Луна. По его версии она сформировалась как двойная система одновременно с Землей из-за фрагментации облака пылевых частиц. Железо и другие летучие вещества исчезли в результате испарения. Но этот вывод долгое время оставался просто гипотезой. Группа российских ученых, среди которых были физики, химики, математики и специалисты по компьютерному моделированию, провели ряд исследований этого вопроса.

Поясним, что изотопное фракционирование происходит, тогда когда изотопы покидают расплавленную поверхность безвозвратно. Тогда, вследствие увеличения подвижности легкого изотопа возникает явление, называемое кинетическим изотопным эффектом. Но если испарение происходит в закрытой системе, то испарившаяся молекула может снова вернуться в расплав. Тогда между расплавом и паром устанавливается определенное равновесие. Разумеется, более летучие компоненты накапливаются в паровой фазе. А как следствие прямого, так и обратного перехода молекул между паром и расплавом, изотопный эффект оказывается совсем незначительным.

Это явление носит название термодинамический изотопный эффект. Идея закрытой системы неприменима к расплаву, который был выброшен на орбиту Земли и испарялся в космическое пространство. Но процессу, протекающему в облаке частиц, она полностью соответствует. Испаряющиеся частицы находятся в окружении своего пара, а все облако является закрытой системой.

Если оно сжимается под действием гравитации (коллапс), перешедшая в пар часть вещества выжимается из облака, а оставшиеся частицы оказываются обедненными летучими веществами. При этом фракционирования изотопов практически не наблюдается.

Известно, что Луна содержит меньше железа, чем Земля, но больше, чем земная мантия, из которой, как считалось раньше, она и сформировалась. Быть может, Луна получила дополнительно железо от небесного тела, столкнувшегося с Землей? Но тогда она должна была позаимствовать и сидерофильные элементы (W, P, Mo, Co, Cd, Ni, Pt, Re, Os и др.), которые сопровождают железо. Этого как раз и не наблюдается. И, кроме того, вещество Луны, согласно изотопным данным, строго родственно земному. Дело в том, что изотопные составы образцов обоих небесных тел лежат на одной линии в координатах. Это означает, что они принадлежат одному и тому же космическому телу. А это подтверждает то, что в формировании лунного вещества посторонний объект принимать участия не мог.

Изначально оба «зародыша» — будущие Земля и Луна, были почти одинаково обеднены летучими веществами и железом. Но, как показало компьютерное моделирование, если один из них имел несколько большую массу, то дальнейшая аккумуляция вещества проходила на много быстрее. Так «зародыш» меньшего размера лишь незначительно изменил свой состав, а более крупный, аккумулировал практически все первичное вещество облака и, в конце концов, приобрел состав, очень близкий к составу первичного хондритового вещества, кроме наиболее летучих компонентов, безвозвратно испарившихся из коллапсирующего облака.

Еще одна загадка разгадана? Или нет? У ученых осталось еще много вопросов, которые нуждаются в ответах. Но по космическим обстоятельствам, Луна стала нашим верным и единственным естественным спутником. Она сопровождает Землю уже не один миллиард лет. Кроме всего прочего Луна – пока единственная планета нашей солнечной системы (кроме самой Земли, конечно), на которой побывал человек.

Источник


Другие новости по теме:


Просмотров: 589 | Дата: 8 декабря 2014