Возникновение Луны

Луна – единственный естественный спутник Земли, а также второй по яркости объект небосвода. Луна состоит из коры, которая сложена изверженными кристаллическими горными породами – базальтами, верхней, средней и нижней мантии (астеносферы), ядра. По предположениям ученых, такая структура образовалась сразу после формирования Луны – приблизительно 4.5 млрд. лет назад.

Луна вращается вокруг Земли по эллиптической орбите, среднее удаление от Земли составляет 384395 км, период обращения 27,32 средних солнечных суток. Вращение вокруг собственной оси совершается с таким же периодом, поэтому с Земли можно увидеть только одну сторону Луны. Диаметр спутника составляет 3476 км, масса 7,3477·1022 кг. Температура на поверхности варьируется от -160°C¸ (ночью) до + 130°C (днем) [1].

Вопрос о возникновении Луны так и остается нераскрытым на протяжении всего человеческого существования. Ответ на вопрос о происхождении единственного спутника Земли имеет огромную значимость в понимании ранней истории нашей планеты, механизмов формирования Солнечной системы, происхождения и развития жизни в целом. Выдвигаемые гипотезы образования Луны должны соответствовать физическим законам и объяснять такие факты, как:

˗ плотность Луны равна 3,3 г/см3, а плотность Земли составляет 5,5 г/см3.

У Луны довольно маленькое железо-никелевое ядро – что составляет примерно 2-3 % от общей массы спутника, в то время как металлическое ядро Земли составляет примерно 30 %;

˗ Луна имеет низкое содержание легколетучих элементов (водород, азот, фтор, инертные газы). При этом на Луне отмечается излишнее число относительно тугоплавких элементов, например, титана, урана и тория;

˗ породы лунной и земной коры, мантии практически идентичны по соотношению стабильных изотопов кислорода. Такая идентичность говорит о том, что Земля и Луна образовались из одного слоя планетезималей – на одинаковом расстоянии от Солнца;

˗ Луна обладает мощной и прочной корой, толщиной 60-80 километров, сформированной из анортозитовых пород – продуктов плавления лунной мантии. Это говорит о том, что все составляющее Луны было нагрето до полного расплавления, в то время как Земля никогда не была полностью расплавленной;

˗ высокое отношение массы Луны к массе Земли, равное 1:81;

˗ система Земля-Луна обладает высоким угловым моментом импульса;

˗ плоскость орбиты Луны (наклон 5° к эклиптике) не совпадает с экваториальной плоскостью Земли (наклон 23,5° к эклиптике) [2].

Возможно, что Луна когда-то была планетой, или ее частью, либо осколком какого-то разрушенного объекта. Также были выдвинуты предположения, что Луна могла являться частью планеты Фаэтон, возможно даже ее ядром.

Гипотеза отделения Луны от Земли выдвигалась сыном Чарльза Дарвина, Джорджем Дарвиным, согласно ней Луна отделилась от быстро вращающейся молодой Земли. Эта идея была основана на математических исследованиях приливных сил. Ее стали называть теорией разделения. Но в 1930 г. ее признали несостоятельной из-за недостаточности суммарного вращательного момента Земли и Луны для возникновения даже в жидкой Земле ротационной неустойчивости [3].

Высокий момент импульса системы Луна-Земля мог дать объяснение гипотезе захвата Луны земной гравитацией. Но результаты моделирования в области небесной механики в 60-е гг. выявили, что вероятность захвата Землей пролетающего тела с массой Луны слишком мала.

В России учениками О.Ю. Шмидта, В.С. Сафроновым и Е.Л. Рускол, была разработана гипотеза – коаккреция Луны и Земли из роя твердых тел. В качестве опровержения можно отметить ее неспособность объяснить разную плотность Луны и Земли. Несмотря на то, что предлагались многовариативные сценарии, как Луна могла бы потерять избыточное железо, данная гипотеза была решительно отклонена, когда стали известны компоненты химического строения и состава Луны.

Широко распространена гипотеза возникновения Луны из-за столкновении Земли с крупным объектом, размером с планету Марс (гипотеза мегаимпакта), которая выдвигалась двумя группами американских ученых – А. Камероном, В. Уордом и одновременно В. Хартманом и Д. Дэвисом. Эта гипотеза может объяснить дефицит железа на Луне и динамические характеристики системы Земля-Луна [4]. По их предположениям, катастрофическое столкновение произошло после образования ядра Земли. Таким образом, железо оказалось главным образом сконцентрировано в ядре Земли, а Луна образовалась из каменного вещества земной мантии. Свидетельствовать этому может то, что состав Земли и ее спутника поразительно схож.

Ученые считают, что раньше планета Земля вращалась во много раз быстрее, чем сейчас. Полный оборот вокруг оси занимал два-три часа. Вращаться медленнее ее заставило именно столкновение с космическим объектом: гравитационное взаимодействие со спутником замедлило вращение планеты. Однако, эта теория не способна объяснить, почему орбита Луны наклонена на пять градусов к экватору нашей планеты. Если она конденсировалась из диска материала, вращавшегося вокруг экватора, то должна была бы находиться на орбите над ним.

Согласно гипотезе, разработанной Сарой Стюарт из университета Калифорнии в Девисе и Матия Чук из Института SETI в Маунтин-Вью, столкновение было гораздо более мощным, чем принято считать. При этом материал Земли и столкнувшегося с ним тела смешался, что объясняет идентичный земному состав Луны. Будущий спутник отдалялся от Земли, пока не достиг точки, называемой «плоскость перехода Лапласа».

Орбита Луны оказалась под внушительным наклоном к экватору. На протяжении десятков миллионов лет она медленно двигалась от Земли, до тех пор, пока не достигла следующей точки, принятой называть "переход Кассини". Тогда наклон Луны снизился до пяти градусов, и она приняла своё текущее положение. Выдвинутая теория достаточно просто объясняет орбиту и состав Луны, основываясь на одном гигантском ударе.

Несмотря на различные преткновения, ударная гипотеза приводит наиболее разумное объяснение свойств Луны. Естественно, что необходимо проведение дальнейших исследований, для большего понимания природы такого загадочного космического объекта.