Что общего у земли и луны
Как появилась Луна
Почти каждую ночь мы можем видеть на небе наш естественный спутник – Луну. Но часто ли Вы задумывались, откуда она взялась? Она освещает Землю уже миллиарды лет, а когда-то была гораздо ближе. А были ли времена, когда её не было совсем? Вопрос, как появилась Луна, очень интересен.
На самом деле однозначного ответа по этому поводу у учёных пока нет. Но есть несколько версий, наверняка одна из них окажется в итоге верной. Поэтому рассмотрим самые вероятные.
Все гипотезы сводятся к одной из трёх ситуаций:
Все эти версии развития событий очень разные. Посмотрим, какая из них более близка к правде. Для этого сравним Землю и Луну в плане состава. Так можно определить, насколько правдив последний вариант.
Сходства и отличия Земли и Луны
С тех пор, как Галилео Галилей впервые увидел на Луне горы, стало ясно, что некоторое сходство с Землёй у нашего спутника есть. Тем более, там наблюдались даже «моря», которые, правда, оказались просто твёрдой пустыней. Однако у Луны с Землёй на самом деле общего довольно мало – это сходный уровень содержания в коре и мантии изотопов кислорода. Это говорит о том, что Луна и Земля образовались из одного протопланетного облака, на одном расстоянии от Солнца. Тела, образованные в других местах, сильно отличаются по этому показателю. Так что набор химических элементов в их составе более-менее похож.
Но отличий гораздо больше, как в составе, так и в строении:
Из этого можно сделать самые разные выводы. Поэтому рассмотрим гипотезы о том, как появилась Луна, существующие сейчас.
Луна оторвалась от Земли при её быстром вращении
Это еще называется «гипотезой центробежного отделения». Суть её в том, что молодая Земля вращалась очень быстро и из-за этого сильно сплющилась. В итоге под действием центробежных сил в области экватора оторвался кусок вещества, из которого затем сформировалась Луна.
Эту версию первым выдвинул в 1878 году сын знаменитого Чарльза Дарвина – Джордж Дарвин. Она вполне считалась главной еще в начале XX века. Ученые даже посчитали, что вырванный кусок находится там, где сейчас Тихий океан, по объёму он как раз подходит.
На самом деле, чтобы такое произошло, Земля должна была вращаться очень быстро, делая полный оборот вокруг оси меньше, чем за 2 часа. Но она к настоящему времени никак не смогла бы замедлиться до нынешних 24 часов. Против этой теории говорит и геология – бассейн Тихого океана образовался всего 70 миллионов лет назад, а возраст нашего спутника — более 4 миллиардов лет. Его химический состав тоже отличается от земного.
Поэтому такая теория происхождения нашего естественного спутника ныне полностью забракована, хотя в своё время была довольно популярной.
Луна была захвачена Землёй
Это «гипотеза захвата», которая появилась в 1909 году. В её пользу говорят легенды некоторых народов. В них говорится, что были времена, когда Луны не было. Но это весьма шаткая опора, на которой, конечно, нельзя строить научную гипотезу. Других фактов, подтверждающих её, пока не найдено.
Зато против этой версии есть некоторые факты:
Так что гипотеза захвата тоже выглядит маловероятной. Такую операцию мог бы провернуть, например, Юпитер, или даже Нептун. Но Земля ненамного превосходит Луну по массе, чтобы издалека затормозить её и перевести на свою орбиту. А близкий контакт закончился бы катастрофой. По крайней мере, моделирование захвата Луны не подтверждает гипотезу.
Луна и Земля образовались вместе
Это «гипотеза совместного формирования». Речь идёт о том, что Земля и Луна образовались вместе, из одного протопланетного облака. Ближе к центру туманность сжалась и получилась Земля, а на окраине из остального вещества получилась Луна.
Как ни странно, это очень старая гипотеза. Её предложил Иммануил Кант еще в 1755 году. Она прекрасно подтверждает совпадение содержания кислорода в образцах породы.
Но эта гипотеза тоже имеет много минусов. Так, непонятно различие в остальном химическом составе. Ведь, если Земля и Луна образовались из одного облака, их химический состав должен быть совершенно одинаковым. К тому же, у планеты огромное железное ядро, а спутнику досталось очень мало железа. К тому же, средняя плотность слишком разная. Наклон лунной орбиты тоже нельзя объяснить.
Так что эта теория, несмотря на кажущуюся правдоподобность, тоже имеет необъяснимые места.
Луна появилась после Земли
Это «гипотеза испарения», предложенная в 1955 году. Суть её в том, что первой образовалась Земля. Вокруг неё всё еще была масса материала из протопланетного облака, из которого камни разного размера постоянно бомбардировали Землю. Из-за этого планета разогрелась до 2000 градусов, а множество элементов из её верхних слоёв просто испарилось назад в космос, где и приняли участие в формировании Луны из остатков протопланетного облака.
Однако к моменту разогрева ядро Земли уже успело сформироваться – массивные железные породы опустились к центру. Поэтому Луне железа досталось мало.
Эта гипотеза хорошо объясняет химическое строение Луны и её отличие от Земли в этом плане. Но против неё геологические данные, которые говорят о том, что земная кора никогда не расплавлялась полностью. К тому же, не объясняются наклон лунной орбиты и другие проблемы.
Луна появилась из нескольким маленьких спутников
Мы уже рассмотрели «гипотезу захвата» и выяснили её невероятность. Земля не смогла бы захватить такое большое тело, как Луна, тем более перевести его на круговую околоземную орбиту. Но она запросто смогла бы захватить несколько мелких тел, наподобие крупных астероидов. Эти астероиды могли бы сталкиваться друг с другом на земной орбите, а потом из их обломков могло бы сформироваться одно большое тело.
Но эта гипотеза происхождения Луны имеет массу недостатков. Во-первых, она не объясняет сходство содержания кислорода. Если бы Луна образовалась из прилетевших извне астероидов, состав отличался бы очень сильно, а он более-менее схож с земным.
Во-вторых, очень маловероятно, что Земля смогла бы захватить столько астероидов, чтобы их хватило на формирование Луны. Венера за миллиарды лет ни одного не смогла захватить, а у Марса всего пара маленьких, хотя астероидный пояс рядом.
В-третьих, вряд ли все захваченные астероиды стали бы сталкиваться и формировать один спутник, тем более за короткое время. У того же Марса миллиарды лет имеются Фобос и Деймос, но сталкиваться они не собираются. У планет-гигантов десятки спутников, и они тоже не сталкиваются друг с другом.
Луна появилась из-за столкновения Земли с планетой
Такая версия появилась в 1975 году, и сейчас она считается одной из самых вероятных. Согласно ей, Луна появилась благодаря столкновению молодой Земли с другой молодой планетой – Тейей. Эта Тейя ударила Землю по касательной, из-за чего в космос было выброшено много земного вещества из мантии. Туда же попали остатки Тейи. Из этого вещества образовалась в дальнейшем Луна. Её первоначальное удаление составляло всего 60000 км.
Эта гипотеза хорошо объясняет как сходство химии Луны с Землёй, так и некоторые отличия. Так как из-за удара Земля несколько наклонилась, то это объясняет наклон лунной орбиты. Малое количество железа на Луне также можно объяснить тем, что земное вещество было выброшено из верхних слоёв и из мантии, а ядро уже было сформировано.
Чтобы эта версия стала правдоподобной, нужно допустить, что Тейя ударила Землю на небольшой скорости и по касательной. Такое возможно, если эта планета сформировалась также на земной планете, в одной из точек Лагранжа. По сути, это был близнец нашей Земли, на той же орбите.
Так как эта версия выглядит довольно правдоподобной и позволяет объяснить многие вещи, она считается основной. Но требуется еще множество исследований для её подтверждения. Ведь это столкновение, если оно было, произошло примерно 4.5 миллиардов лет назад, поэтому найти доказательства непросто. К тому же, требует объяснения такой факт – при столкновении с Тейей Земля должна была сильно разогреться и потерять всю свою воду, но этого не произошло.
Луна появилась из земного вещества, выброшенного метеоритами
Это новая версия, которая появилась в 2007 году. Согласно ей, молодая Земля подвергалась активной бомбардировке множеством метеоритов, размеры которых достигали от десятков до сотен километров. Из-за этого в космос выбрасывалось большое количество земного вещества, в том числе воды. Из этого вещества и образовалась Луна.
Такая гипотеза просто заменяет одно столкновение с большой планетой Тейей на тысячи мощных, но локальных. При этом Земля не раскалилась бы и не потеряла свою воду, что служит плюсом этой версии. К тому же, на Луне есть вода в виде льда — таким образом она вполне могла бы сохраниться.
Такая гипотеза образования Луны тоже пока является рабочей и изучается. За неё есть отдельные факты, но узких мест тоже хватает.
Так как появилась Луна?
Как видим, пока точно на этот вопрос не сможет ответить никто. Существуют разные версии, но наиболее вероятными пока выглядят две последние. Это столкновение Земли с крупной протопланетой Тейей или столкновение с множеством крупных метеоритов. В любом из этих случаев Луна образовалась в основном из земного вещества с примесью других тел, участвовавших в столкновении. Это объясняет сходство химического состава с Землёй и некоторые отличия, а также наклон лунной орбиты и быстрое вращение Земли на раннем этапе.
Конечно, на самом деле всё могло произойти не так, а как-нибудь по-другому. Но однозначно пока известно одно – Луна и Земля появились вместе, хотя и не одновременно. Луна – «кровь и плоть» Земли, а не что-то инородное, прилетевшее издалека.
Анализ грунта с «Аполлонов» подтвердил: У Земли есть вторая Луна, и она является обломком первой
Между доставленным на Землю лунным реголитом и необычным околоземным астероидом обнаружилось удивительное сходство.
«Аполлон-17» на поверхности Луны 11 декабря 1972 года. Фото © NASA
Судя по данным портала theskylive.com, 6 декабря 2021 года это небесное тело находилось в созвездии Девы. Текущее расстояние до него больше 28 миллионов километров. Это в 73 раза дальше Луны. Астероид 2016 HO 3 открыли с помощью телескопа Pan-STARRS 1, расположенного на вершине гавайского вулкана Халеакала. Очевидно, именно поэтому ему присвоили гавайское название — Камооалева, это понятие из старинной песни, в которой рассказывается о сотворении мира, в переводе оно означает что-то вроде «колеблющийся небесный обломок». Как поясняют учёные, они хотели тем самым обозначить философскую мысль о том, что ребёнок рано или поздно вырастает, превращается в «отрезанный ломоть» и начинает собственное путешествие по жизни.
Этот астероид оказался интересен прежде всего тем, что у него очень своеобразная орбита. Вообще-то, он вращается вокруг Солнца, но при этом период обращения — 365 дней (вернее, даже почти 366), то есть ровно как у Земли. И весь этот период астероид движется по соседству с нами. Земная гравитация заставляет его делать около нас постоянные пируэты. И получается, что официально он спутник Солнца, а по факту имеет многолетнюю и сильную привязанность к Земле. Это явление называется квазиспутником. То есть это псевдоспутник. На гифке ниже — в центре Солнце, справа Земля и обхаживающий её 2016 HO3.
Но именно по-гавайски названный небесный обломок выбрали первой целью путешествия китайского зонда Чжэнхэ, он должен отправиться к астероиду в 2024 году и не просто долететь до него, а совершить плодотворный контакт с забором до килограмма грунта. Потом ему предстоит полететь обратно к Земле и сбросить нам капсулу с собранным реголитом.
Как выясняется, у такого пристального внимания к этому камешку (в диаметре он, как предполагают, метров 50, максимум 100) могут быть довольно серьёзные основания. И дело не в том, что это самый стабильный из всех известных квазиспутников. А в том, что по поводу него есть некоторые очень интересные соображения. Недавно исследователи из Аризонского университета решили получить спектр отражаемого от Камооалева света. По спектру можно определить, какие именно вещества этот свет отражают. Астрономы воспользовались Большим бинокулярным телескопом на горе Грэхем, это юг Аризоны. Бинокулярный означает «двухглазый»: у этого телескопа два первичных зеркала на одном общем креплении. Кстати, в 2010 году сообщалось, что он «видит» даже лучше, чем «Хаббл».
Большой бинокулярный телескоп в Аризоне. Фото © Wikipedia
Так вот, спектр показывает, что на поверхности астероида очень много оливина или пироксена. А может быть, и того и другого. Надо сказать, что эти минералы входят в список самых распространённых на Луне. И это ещё не всё. Учёные сопоставили спектр астероида со спектром света, отбрасываемого образцами лунного реголита, привезённого американскими астронавтами. И оказалось, что спектры «соответствуют». Совпадают. Камооалева по своему свечению вообще отличается от остальных окрестных астероидов: у них альбедо заметно выше. Альбедо — это способность отражать свет. То есть, проще говоря, другие астероиды несколько ярче этого.
В общем, у учёных есть подозрения, что данный астероид не что иное, как отколовшийся когда-то обломок Луны. Они полагают, что его могло выбить с поверхности при падении какого-то крупного тела. Другой вариант связан с тем, что, по основной на сегодняшний день версии, сама Луна образовалась после столкновения Земли с гипотетической довольно крупной планетой. То есть этот кусок может оказаться следом той катастрофы.
Всё это, будем надеяться, и прояснится по итогам китайской миссии. Да, к слову: после сброса капсулы с грунтом зонд не приземлится и не сгорит в атмосфере, а совершит гравитационный манёвр и снова улетит в космос — на этот раз к комете Эльст-Писарро, она находится в Главном поясе астероидов между Марсом и Юпитером. Её уникальность, во-первых, в том, что до неё там «хвостатых» никогда не находили. Это первая из известных комет Главного пояса, и расчёты показывают, что она никак не могла явиться из другого места — ни из Пояса Койпера (за Нептуном), ни из Облака Оорта (гипотетическая сфера из камней и льдин, расположенная в полторы тысячи раз дальше Плутона). А во-вторых, и в данном случае это самое главное, её тоже считают обломком чего-то крупного.
Что общего у земли и луны
Система Плутон-Харон также считается двойной системой.
Фазы Луны — различные положения относительно Солнца — новолуние, первая четверть, полнолуние и последняя четверть.
К Земле Луна обращена всегда одной стороной.
Линию, кᴏᴛᴏᴩая отделяет освещенную часть Луны от неосвещенной, называют терминатором.
В первой четверти Луна видна на угловом расстоянии 90″ от Солнца, и солнечные лучи освещают исключительно правую половину обращенной к нам Луны. В остальных фазах Луна видна нам в виде серпа. По϶ᴛᴏму, ɥᴛᴏбы отличить растущую Луну от старой, надо помнить: старая Луна напоминает букву «С», а если Луна растущая, то можно мысленно перед Луной провести вертикальную линию и получится буква «Р».
Из-за близости Луны к Земле и ее большой массы они образуют систему «Земля-Луна». Луна и Земля вращаются вокруг ϲʙᴏих осей в одну сторону. Плоскость орбиты Луны наклонена к плоскости орбиты Земли под углом 5°9′.
Сидерический (от лат. сидерис — звезда) месяц — ϶ᴛᴏ период вращения Земли вокруг ϲʙᴏей оси и одинакового положения Луны на небесной сфере по отношению к звездам. Стоит заметить, что он составляет 27,3 земных суток.
Синодическим (от греч. синод — соединение) месяцем называют период полной смены лунных фаз, т. е. период возвращения Луны в первоначальное положение относительно Луны и Солнца (например, от новолуния до новолуния). Стоит заметить, что он составляет в среднем 29,5 земных суток. Синодический месяц на двое суток длиннее сидерического, так как Земля и Луна вращаются вокруг ϲʙᴏих осей в одну сторону.
Сила тяжести на Луне в 6 раз меньше силы тяжести на Земле.
Рельеф спутника Земли хорошо изучен. Видимые темные участки на поверхности Луны названы «морями» — ϶ᴛᴏ обширные безводные низменные равнины (самая крупная — «Оксан Бурь»), а светлые участки — «материками» — ϶ᴛᴏ гористые, возвышенные участки.
Стоит отметить, что основные же планетарные структуры лунной поверхности — кольцевые кратеры диаметром до 20-30 км и многокольцевые цирки диаметром от 200 до 1000 км.
Происхождение у кольцевых структур различное: метеоритное, вулканическое и ударно-взрывное. Кроме ϶ᴛᴏго, на поверхности Луны имеются трещины, сдвиги, купола и системы разломов.
Исследования космических аппаратов «Луна-16», «Луна-20», «Луна-24» показали, что поверхностные обломочные породы Луны сходны с земными магматическими породами — базальтами.
Значение Луны в жизни Земли
Хотя масса Луны в 27 млн раз меньше массы Солнца, она в 374 раза ближе к Земле и оказывает нанес сильное влияние, вызывая поднятия воды (приливы) в одних местах и отливы в других. Это происходит каждые 12 ч 25 мин, так как Луна делает полный оборот вокруг Земли за 24 ч 50 мин.
Из-за гравитационного воздействия Луны и Солнца на Землю возникают приливы и отливы
На Земле наблюдаются 2 прилива в ближайшей и удаленной от Луны точке и 2 отлива в точках, находящихся на угловом расстоянии 90° от линии Луна — Земля. Выделяют сигизийные приливы, кᴏᴛᴏᴩые возникают в новолуние и полнолуние и квадратурные — в первой и последней четверти.
В открытом океане приливно-отливные явления невелики. Колебания уровня воды достигает 0,5-1 м. Во внутренних морях (Черное, Балтийское и др.) они почти не ощущаются. При этом в зависимости от географической широты и очертаний береговой линии материков (особенно в узких заливах) вода во время приливов может подниматься до 18 м (залив Фанди в Атлантическом океане у берегов Северной Америки), 13 м на западном побережье Охотского моря. При ϶ᴛᴏм образуются приливно-отливные течения.
Основное значение приливных волн состоит по сути в том, что, перемещаясь с востока на запад вслед за видимым движением Луны, они тормозят осевое вращение Земли и удлиняют сутки, изменяют фигуру Земли с помощью уменьшения полярного сжатия, вызывают пульсацию оболочек Земли, вертикальные смещения земной поверхности, полусуточные изменения атмосферного давления, изменяют условия органической жизни в прибрежных частях Мирового океана и, наконец, влияют на хозяйственную деятельность приморских стран. В целый ряд портов морские суда могут заходить только во время прилива.
Через определенный промежуток времени на Земле повторяются солнечные и лунные затмения. Увидеть их можно, когда Солнце, Земля и Луна находятся на одной линии.
Затмение — астрономическая ситуация, при кᴏᴛᴏᴩой одно небесное тело заслоняет свет от другого небесного тела.
Солнечное затмение происходит, когда Луна попадает между наблюдателем и Солнцем и загораживает его. Поскольку Луна перед затмением обращена к нам неосвещенной стороной, перед затмением всегда бывает новолуние, т. е. Луна не видна. Создается впечатление, что Солнце закрывается черным диском; наблюдающий с Земли видит ϶ᴛᴏ явление как солнечное затмения.
Лунное затмение наступает, когда Луна, находясь на одной прямой с Солнцем и Землей, попадает в конусообразную тень, отбрасываемую Землей. Диаметр пятна тени Земли равен минимальному расстоянию Луны от Земли — 363 000 км, что составляет около 2,5 диаметра Луны, по϶ᴛᴏму Луна может быть затенена целиком.
Лунные ритмы — ϶ᴛᴏ повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов. Существуют лунно-месячные (29,4 сут) и лунно-суточные (24,8 ч) ритмы. Многие животные, растения размножаются в определенную фазу лунного цикла. Лунные ритмы ϲʙᴏйственны многим морским животным и растениям прибрежной зоны. Так, у людей замечено изменение самочувствия в зависимости от фаз лунного цикла.
Земля и Луна. Родственники или нет?
Группа исследователей предполагает, что Земля и Луна вовсе не так уж и похожи, как считает современная наука.
Земля и Луна не похожи. И это хорошо!
Так что же считает современная наука? Наиболее распространенная теория говорит о том, что около 4,5 миллиарда лет назад объект, похожий размерами на Марс (Тейя), столкнулся с нашей планетой. И из материала, выброшенного в результате этого удара в космос через какое-то время образовалась Луна. В пользу этой, безусловно самой популярной гипотезы, говорит тот факт, что Земля и Луна имеют практически одинаковый состав. Тем не менее в исследованиях, проведенных до этого, неоднократно отмечались противоречия. Если бы это действительно было так, Луна должна была бы совсем другой.
Именно об этом противоречии и идет речь в новым исследования. В результате него был сделан вывод, что Земля и Луна не так и похожи, как предполагалось первоначально.
Вообще, идея о том, что Земля и Луна имеют общее происхождение, далеко не нова. Она возникла еще в 19 веке. Однако лишь результаты анализа образцов, доставленных с Луны в ходе выполнения миссии Аполлон, позволили окончательно убедится, что два эти тела сформировались вместе. Это стало возможным благодаря лунным камням, собранным астронавтами.
Оказалось, что на Луне меньше железа и меньше легких элементов. Это вполне соответствует гипотезе о гигантском воздействии. Железо — это тяжелый элемент. И он просто не смог улететь в космос. А вот легкие элементы тепло и сила удара выбросили (или испарили) в космос. Остальная часть материала, как с Земли, так и из Тейи, перемешалась и охладилась. Так образовались Земля и Луна.
Теория поведения Луны
Теория гигантского удара также позволяет нам понять скорость и характер орбиты, которую имеет Луна вокруг Земли. Становится понятно, почему Луна всегда показывает нам одно и то же полушарие. А так же то, почему так много времени занимает вращение Луны вокруг своей оси и один оборот вокруг нашей планеты. Однако в опубликованных исследованиях было отмечено, что приблизительно 80% материала на нашем спутнике должны были быть получены из Тейи.
Вот из этого места и вытекает одна из великих дилемм в отношении существующих гипотезы образования Луны. Потому что наблюдаемая разница между составом Луны и Земли не так уж и велика. Одним из возможных объяснений этого факта является то, что Тейя просто была очень похожа по составу на Землю. Или что после столкновения материал двух тел просто сильно перемешался. До такой степени, что и Луна, и Земля сохранили примерно равные пропорции состава столкнувшихся тел. Однако эти объяснения противоречат всему тому, что мы наблюдаем в других местах Солнечной системы.
Исследователи рассмотрели детали, которые они считают ключевыми. При изучении пород, привезенных экспедициями Аполлона, было обнаружено, что соотношение некоторых изотопов на Луне идентично соотношению таких же на Земле. Если гипотеза воздействия верна, то это указывает на то, что оба объекта изначально имели одинаковую пропорцию этих изотопов. Но, в то же время, анализ других лунных пород показал более высокую концентрацию легких изотопов кислорода, чем на Земле.
Нет, они не похожи друг на друга
Ученые считают, что Тейя, вероятно, образовался дальше от Солнца, чем наша планета. Кроме того, различия в составе исследуемых изотопов показывают, что материалы столкнувшихся тел полностью не смешивались.
Все вышеописанное, кроме того, может быть связано с другим недавно опубликованным исследованием. Это результат работы другой группы исследователей. Они пришли к выводу, что Земля была большим магматическим шаром, когда столкнулась с Тейей. Материал, который в результате удара улетел в космос, образовал Луну. А Тейя навсегда погрузилась внутрь Земли.
В ближайшие годы планируются новые полеты на Луну с целью получения образцов со спутника нашей планеты. Этот новый материал поможет вам лучше понять, насколько Луна отличается от Земли.
Ведь пока что вопросов больше, чем ответов…