Что такое луна? Как появилась луна (происхождение луны — версии)?

Луна — естественный спутник нашей планеты. Влияние его настолько велико, что астрономы часто говорят о связке «Земля-Луна» не как о планете и спутнике, а как о двойной планете.

Теорий происхождения Луны много — от мифологических и мистических до вполне научных. Но на какой-то одной ученые пока не сошлись. Почему? Потому что все они несовершенны.

Дело в том, что «правильная» теория должна не только учитывать физические законы, но и отвечать на несколько важных вопросов. Вот они:

• средняя плотность Луны намного меньше средней плотности Земли. Основная причина — у Луны очень маленькое ядро (если у Земли оно около 30 % массы планеты, то у Луны — не больше 2-3%);
• лёгкие летучие элементы (водород, азот, фтор) на Луне относительно редки, а содержание тяжёлых тугоплавких (торий, уран, титан) — повышено;
• соотношение изотопов кислорода в земной и лунной коре — практически одинаково (у разных планет и метеоритов из разных уголков Солнечной системы оно весьма сильно различается);
• лунная кора намного толще земной. Это может свидетельствовать о том, что всё слагающее её вещество было когда-то расплавлено (Земля, как считается, полностью расплавленной никогда не была);
• соотношение масс Луны и Земли необыкновенно высоко;
• система Земля-Луна обладает чрезвычайно высоким угловым моментом импульса;
• плоскость орбиты Луны не совпадает с экваториальней плоскостью Земли.

Почему это важно — станет понятно при рассмотрении гипотез о происхождении нашего спутника.

Основных теорий — пять.

Отделение материи. Эта гипотеза — одна из первых, выдвинул её ещё сын Дарвина — Джордж Дарвин — в 1878 году. В соответствии с нею Земля в древности вращалась настолько быстро, что центробежные силы оторвали от планеты «кусок» вещества — из него со временем образовалась Луна. Ну а на месте «отрыва» появился Тихий океан.

Эта теория хорошо объясняет сходство состава земной и лунной породы, размер Луны и её меньшую плотность (оторваться должен был кусок земной мантии — её плотность примерно соответствует лунной).

Однако тогда совершенно непонятно, почему содержание летучих элементов на Луне настолько мало. Кроме того, скорость вращения Земли, при которой такой отрыв возможен, должна была быть невероятно велика — примерно оборот за два часа. Если так и было, непонятно, какие явления и законы позволили Земле разогнаться до скорости волчка, а к сегодняшнему дню — так сильно затормозить. Ну и наконец, Тихому океану всего 70 миллионов лет — слишком мало для реализации такого сценария рождения Луны.

Захват планеты. Эта гипотеза родилась в 1909 году под пером американского астронома Томаса Джефферсона Джексона Си.

Согласно ей, наша спутница когда-то была вольной малой планетов Солнечной системы. Постепенно под влиянием гравитационных потрясений (в нашей системе, особенно в период её зарождения, они были нередки) её орбита вытянулась в всё более ярко выраженный эллипс, пересекавший орбиту Земли. А потом вольная Луна подошла к Земле слишком близко — сила притяжения захватила её и перевела на новую орбиту — уже вокруг нашей планеты в качестве спутника.

Эта гипотеза хорошо объясняет высокий момент импульса (а ещё представления многих народов о мифических временах, «когда Луны не было»). Однако вероятность такого сценария очень мала: если бы какая-то малая планета действительно прошла так близко, она была бы либо полностью разрушена приливными силами, либо отброшена далеко за пределы земной орбиты.

Если бы захват все же произошёл, то Луна обращалась бы вокруг Земли по сильно вытянутой орбите (что не так) и в обратную сторону. Ну, а сходство земной и лунной коры и вовсе убивает эту гипотезу на корню.

Совместное формирование. Эта гипотеза — основная в советской и современной российской науке. Впрочем, впервые она появилась в трудах Канта в 1775 году.

В соответствии с ней, Луна и Земля сформировались одновременно — из одного газо-пылевого облака. В этом облаке зародилась прото-Земля и постепенно набрала такую массу, что частички облака начали вращаться уже по своим орбитам вокруг неё. Некоторые такие частички падали на «зародыш Земли», постепенно его увеличивая, другие — занявшие круговые орбиты на примерно одинаковом расстоянии от прото-Земли, образовали прото-Луну.

Эта гипотеза хорошо объясняет одинаковый возраст Земли и Луны, сходство их пород и многое другое. Но совершенно неясно, откуда взялся такой высокий момент импульса и такой нетипичный наклон плоскости лунной орбиты. Странно также, почему, если обе планеты формировались одновременно и в сходных условиях, у них такие разные соотношения массы ядра и прочих оболочек, и куда делись лёгкие элементы с Луны.

Испарение вещества. Эта гипотеза возникла в середине ХХ-ого века.

Согласно ей Земля, постоянно бомбардируемая каменными частицами из космоса когда-то сильно разогрелась — до полного расплавления. Её вещество начало испарятся. Солнечный ветер при этом выдул лёгкие элементы. А более тяжёлые — со временем сконденсировались на некотором расстоянии от Земли и образовали Луну.

Такая гипотеза хорошо объясняет маленькое ядро Луны, редкость лёгких летучих элементов, сходство пород. Но что делать с высоким моментом импульса и наклоном орбиты?

Кроме того, сегодня мы уже знаем, Земля никогда не разогревалась до полного плавления. Что и как в этом случае испарялось?

Столкновение (мегаимпакт). Эта гипотеза относительно молода. Она возникла в 1975 году и в настоящее время считается основной.

Когда Солнечная система только зарождалась, из газо-пылевого облака, вращающегося вокруг Солнца, возникали прото-планеты. Получилось так, что на одном расстоянии от нашего светила образовались сразу две — они оказались на одной орбите. Одной из них была молодая Земля, другая — получила имя Тейя.

Тейя и Земля потихоньку росли и их массы стали уже ощутимы друг для друга — настолько, что планеты начали сближаться. Тейе в этом смысле не повезло — она была меньше (примерно с Марс) — и более тяжёлая соседка притягивала её все сильнее.

Около 4,4 млрд лет назад роковая встреча наконец произошла — Тейя буквально впечаталась в Землю.

Удар, к счастью, пришёлся по касательной (иначе не стало бы обоих). Но он был так силен, что Землю почти вывернуло на изнанку — большую часть Тейи и часть земной мантии выплеснуло на околоземную орбиту. Из этого вещества примерно за сто лет сформировалась Луна.

Удар раскрутил Землю — вот откуда такой большой момент импульса. Он хорошо объясняет и наклон лунной орбиты, и сходство пород, и маленькое лунное ядро. Правда неясно, почему лёгкие элементы не испарились совсем, а все же (пусть немного) присутствуют в лунной коре.

Если мегаимпакт действительно произошёл, это было величественное зрелище! Да и века после тоже было на что посмотреть: молодая Луна находилась тогда всего лишь в 60 тысяч километров — намного ближе, чем сейчас, а значит и выглядела намного крупнее и вызывала просто гигантские приливы.