Слепила из того, что было

Ученые предложили новые гипотезы возникновения Луны

Фото (c)AFP

Сразу несколько групп астрономов в очередной раз подтвердили самую известную на настоящий момент гипотезу возникновения Луны - ударную. Впрочем, история с этой гипотезой далека от завершения - в работах использовались настолько разные схемы столкновения, что свести их в одну теорию скорее всего не получится. А стало быть, спор о происхождении земного спутника все еще не закончен.

В начале XXI века у астрофизиков было множество гипотез относительно того, как появилась Луна. Так, одни ученые полагали, что естественный спутник Земли "отлепился" от нашей планеты во время ее формирования. По другой, Луна была захвачена гравитационным полем нашей планеты, когда пролетала мимо (считается, что именно так у Марса появились Фобос и Деймос). Наконец, третьи утверждали, что Луна - это полноценное небесное тело, сформировавшееся вместе с Землей из протопланетного диска вокруг тогда еще относительно молодого Солнца 4,5 миллиарда лет назад (так спутниками обзавелись, например, газовые гиганты). Время происхождения земного спутника ученым уже было известно благодаря целому спектру различных методов - от радиоизотопного анализа доставленных на Землю образцов лунного грунта до подсчета кратеров. В рамках последнего, грубо говоря, считается количество воронок и делится на среднее количество метеоритных осадков в году, полученное с помощью другой методики.

Американские астронавты на Луне. Фото (c)AFP
Американские астронавты на Луне. Фото (c)AFP

Против каждой из этих гипотез были серьезные возражения. Например, для того чтобы Луна под воздействием центробежных сил самостоятельно отцепилась от комка раскаленной материи, который представляла собой Земля на раннем этапе развития, у нашей планеты должна была быть огромная угловая скорость. Если говорить о гравитационном захвате, то захваченное тело, чтобы остаться на земной орбите, должно было каким-то образом растерять энергию. Единственный вариант - взаимодействие с атмосферой, что, конечно, потребовало бы от Луны слишком близкого прохождения рядом с Землей. Наконец, версия о совместном формировании не подходила из-за дефицита, например, железа в лунном грунте. При этом все три гипотезы не могли объяснить большой момент импульса системы Луна-Земля.

В 2000 году швейцарец Алекс Халлидей опубликовал в журнале Earth and Planetary Science Letters статью, в которой предложил обоснование гипотезы, считавшейся на тот момент не слишком научной и даже немного фантастической. Он заявил, что Луна сформировалась в результате столкновения Земли с небесным телом под названием Тейя. Такое имя было выбрано в честь матери богини Луны Селены в греческой мифологии.

От удара часть земной массы была выбита на орбиту, где спустя некоторое время остыла - растеряв по ходу этого процесса некоторые металлы (помимо железа еще и натрий, калий, цинк и свинец) - и сформировала Луну. Среди прочего эта теория блестяще объясняла упомянутое выше большое значение углового момента Земля-Луна. С этой статьи принято вести отсчет стремительного роста популярности ударной гипотезы. Забегая вперед, можно сказать, что на настоящий момент она является если не самой главной, то, по крайней мере, самой популярной в научной среде.

Спустя буквально год уже в Nature появилась статья, которая сформулировала основной критический тезис в адрес теории о столкновении. В ней излагались результаты компьютерного моделирования, согласно которым Луна должна была состоять преимущественно из материала, принесенного Тейей. Это означало, что, несмотря на объяснение проблемы момента и дефицита одних изотопов в коре Луны, ударная гипотеза не могла объяснить сходства с земной корой по другим изотопам. Решению этой проблемы было посвящено огромное количество работ, вышедших за последние 11 лет. Упомянем лишь две самые свежие и нашумевшие (то есть, привлекшие внимание профильных СМИ).

Кадр из фильма Жоржа Мельеса
Кадр из фильма Жоржа Мельеса "Путешествие на Луну"

Во-первых, в августе 2011 года в Nature вышла статья, в которой ученые предложили гипотезу под названием "большой шлепок". Суть работы сводилась к тому, что после столкновения Земли с Тейей образовалась не одна, а две луны. Все это происходило на относительно невысоких угловых скоростях (отсюда и "шлепок" вместо "удара" в названии). После две Луны слиплись в одну и образовался привычный нам земной спутник. Этот сценарий позволил объяснить многие особенности строения Луны, включая особенности состава - в частности, поскольку подобный сценарий способствовал, грубо говоря, лучшему перемешиванию

Во-вторых, в июле 2012 года в Icarus появилась статья (препринт), в рамках которой предлагалось следующее решение проблемы состава. Ученые предположили, что Тейя после удара не "влилась" в Землю, а, выбив кусок, улетела восвояси. Это, среди прочего, снимает ограничения на первоначальный угловой момент системы Земля-Луна в компьютерной модели - часть момента мать Селены просто унесла с собой. По словам ученых, ранее такой сценарий не рассматривался из-за недостатка вычислительных мощностей, но новые компьютеры сделали его изучение реальностью. В работе, например, одна только Луна моделировалась 10 тысячами отдельных частиц - детализация модели превосходила все, что было сделано до этого.

Выяснилось, что отказ от такого ограничения имеет самые существенные последствия для модели. Так, оказалось, что Луна при этом сценарии не только формируется, но и многие ее физические и изотопные параметры оказываются близки к наблюдаемым. Более того, модель не требовала тонкой подгонки начальных условий, что также может служить, пусть и неформальным, но аргументом в пользу близости модели к реальности. Главный, впрочем, вопрос, который не сняла эта работа, таков: что стало с Тейей? Ученые планируют продолжить работу в этом направлении и, возможно, вычислить местоположение остатков этого небесного тела. Если их существование удастся подтвердить экспериментально, то это станет весомым аргументом в пользу такой гипотезы.

Кадр из Советского мультфильма
Кадр из Советского мультфильма "Полет на Луну"

Что касается новых работ, то все они посвящены уточнению сценария возникновения Луны в результате столкновения с Тейей. Первая работа, которая опубликована в Nature, посвящена изучению изотопного состава Луны по образцам, доставленным на Землю в рамках программы "Аполлон". Ученые под руководством американца Джеймса Дэя из Калифорнии провели самый точный на сегодняшний момент анализ содержания цинка в лунной коре. Этот анализ, по словам самого Дэя, которые приводит ресурс io9.com, дал просто замечательные результаты. "Как планета или, в данном случае, небесное тело, могло избавиться от всех летучих веществ? Конечно же только при помощи некоторого глобального расплава поверхности, который и дал достаточно тепла для испарения, например, цинка. Это очень серьезный аргумент в пользу катастрофического происхождения Луны," - заявил Дэй ресурсу.

В другой работе, опубликованной в журнале Science, развивается теория так называемого гигантского удара. Согласно этой гипотезе, в столкновении участвовали не одно большое (Земля) и одно маленькое (Тейя размером с Марс) небесные тела, а две примерно одинаковые почти-планеты, каждая массой около половины земной. Моделирование, проведенное Робин Кэнап из Колорадо, показало, что в этом случае оба тела разрушатся, но достаточно быстро соберутся в одно большое. При этом вокруг новообразовавшейся планеты останется облако обломков, из которых позже вполне может сформироваться Луна. "Даже если оба тела изначально имели разный состав - а так, скорее всего, и было - то в результате такого сценария они хорошо перемешиваются. В результате и само тело и диск вокруг него имеют примерно одинаковый состав."

Наконец, третья работа, также опубликованная в Science, в некотором смысле противоположна предыдущей. В рамках этой работы ученые из Гарварда Матья Чук и Сара Стюарт рассматривали очень маленькую Тейю - меньше, чем в традиционных моделях. При этом скорость столкновения была много выше, равно как и скорость вращения самой Земли. Как и в предыдущей работе, столкновение приводит к формированию диска, из которого позже образуется Луна.

Что делает новые работы заслуживающими внимания? Обе статьи Science основаны на недавних результатах моделирования динамики вращения Земли. В частности, Чук и Стюарт обнаружили явление, которое они назвали "эвекционный резонанс" (evection resonance). Суть эффекта сводится к тому, что после столкновения Земля могла снизить скорость в несколько раз больше, чем считалось до сих пор. Как следствие, Кэнап, Чук и Стюарт моделировали столкновение при очень высокой первоначальной (то есть до столкновения) скорости вращения Земли - в 2 - 2,5 раза больше, чем в прежних моделях. Скорости столкновения тел также были выше.

Таким образом, новые модели можно рассматривать как первые попытки применить новые данные о динамике вращения Земли к изучению процесса возникновения Луны. Это шаг вперед, поскольку новые данные делают возможными ранее невозможные столкновения. Скорее всего в ближайшие годы последует целый шквал работ, которые подтвердят результаты одних, опровергнут выводы других. Или, быть может, будут предложены совершенно новые сценарии возникновения Луны. И все в рамках гипотезы о столкновении. В общем, будет интересно.

Обсудить
Наука и техника
 — 
00:02 22 февраля 2017
Допрос обвиняемого - митрополита Петроградского Вениамина на судебном процессе по делу об изъятии церковных ценностей, проходившем в зале филармонии

Сидеть!

Как молодая советская власть карала своих граждан
Наука и техника
 — 
13:52 21 февраля 2017
Александр Шестаков

«В развитии главное — масштаб цели»

Интервью с ректором ЮУрГУ Александром Шестаковым о науке, образовании и развитии
«Этот разговор чудовищно безнравственный»
О праве церкви на Исаакий, ее взглядах на искусство и влиянии на государство
Один на всех
В Новгороде пьяный пациент избил санитарку, медсестру, охранника больницы
Тюбик за триста
Чем и почем кормят депутатов Госдумы
«Религиозность нашего социума сильно переоценена»
Почему передача Исаакиевского собора РПЦ стала проблемой для церкви и общества
TEHRAN, Nov. 19, 2015 (Xinhua) -- Iranian engineers work at the South Pars gas field at the southern Iranian port of Assalouyeh, Iran, Nov. 19, 2015. The South Pars/North Dome field is a natural gas condensate field located in the Persian Gulf. The South Pars or North Dome field is a natural gas condensate field located in the Persian Gulf. It is one of the world's largest gas fields, shared between Iran and Qatar. (Xinhua/Ahmad Halabisaz) (Credit Image: Global Look Press via ZUMA Press)
Photographer: © Ahmad HalabisazПризрачная угроза
Сможет ли иранский газ бросить вызов интересам России?
Real estate magnate Donald Trump waves as he leaves a Greater Nashua Chamber of Commerce business expo at the Radisson Hotel in Nashua, New Hampshire, May 11, 2011. Trump suggested Wednesday it's not much fun flirting with the idea of running for president in the face of relentless attacks and ridicule. REUTERS/Don Himsel/Pool (UNITED STATES - Tags: POLITICS)Прощание с иллюзией
Почему Трамп не мог оправдать надежд на нормализацию отношений с Россией
Желтую расу — в лагеря
Жизнь японцев, интернированных в США во время войны
Самый лучший президент
Американские историки составили список наиболее успешных руководителей страны
Детские деньги
Как открыть частный детсад и сэкономить
Леонид Хазанов: Налоговая блокада
Или как облегчить экспорт металлургам
Большая перемена
Частные инвесторы заинтересовались школами и детсадами
Кислая ситуация
Почему российский рынок еще долго не избавится от дефицита молока
Допрос обвиняемого - митрополита Петроградского Вениамина на судебном процессе по делу об изъятии церковных ценностей, проходившем в зале филармонииСидеть!
Как молодая советская власть карала своих граждан
Старые кирпичи, новые цены
Воскресший Nokia 3310 и таинственный Samsung: новинки Mobile World Congress
Ястреб сбит, ястреб сбит!
Пушка-ловушка, орлы и другие неожиданные способы уничтожить беспилотник
После большевистской попытки захвата власти 3-4 июля 1917 года в Петрограде«События в столице застали Ильича врасплох»
Как Сталин, Ленин и Троцкий провели «жаркий» июль 1917 года
Говоря «да»
Молодые и красивые обитатели Бруклина на снимках вундеркинда Гарольда Файнстайна
Pierre et Gilles, Sainte Marie MacKillop (Kylie Minogue), 1995, Collection privée (c) Pierre et GillesГолубо-розовое
Транссексуалы, проститутки и панки в латексе на снимках гей-пары Пьера и Жиля
twen, Nr. 6, 1969, Фотография: Гвидо Мангольд, графика: Вилли Флекхаус«Опаснее тысячи порножурналов»
Король книжного и журнального дизайна Вилли Флекхаус
Чемодан не долетел
Что делать, если авиакомпания потеряла ваш багаж
Страна оленья
Почему Якутия — главное направление для путешествий в этом году
A view of the cathedral in Naumburg/Saale, Germany, 21 Janaury 2016. After the first application in summer 0215 failed, a second attempt is being made to register Naumburg Cathedral as a UNESCO world heritage site. Саксония с замками и вином
«Лента.ру» открывает неизвестные россиянам уголки Германии
В отпуск с кошкой
Как правильно организовать путешествие с домашними животными
Мимимиметр сломался
Азиатский бум на умилительных собак пришел в Instagram
«Местные со мной два года не здоровались»
История программистки из Москвы, переехавшей в итальянские Альпы
Я не знаю, как она это делает
Личный опыт: быть фитнес-звездой Instagram и многодетной матерью одновременно
Натянуть уши на нос
Шесть необычных поводов для обращения к пластическому хирургу
Ружье и палатка: уникальные автомобильные опции
Инструменты, ружье, пылесос и другие необычные вещи в комплекте с машиной
Автомобили, заслужившие «Оскар»
Машины, которым стоило бы вручить самую престижную кинопремию
Ferrari для чемпиона
На аукционе продадут Ferrari Майка Тайсона
Летают, но низенько-низенько
11 машин, способные ехать по любой поверхности. Точнее, даже не ехать
Бог простит
В церкви нашли квартиру с красной мебелью и портретами в стиле поп-арт
Дворянское гнездо
Один из самых шикарных в мире домов нашли в диком лесу
«Пусть меня захоронят в отравленную, но родную землю»
Почему люди отказываются покидать чернобыльскую зону: реальные истории
Поставили баком
Англичане сделали идеальный дом из резервуара для воды