Увеличить шрифт

• 11:27, 6 июня 2014
• Комментариев

Луна возникла в результате так называемого Гигантского столкновения, случившегося 4,5 млрд лет назад между протоземлей и другой протопланетой размером примерно с Марс, окончательно убедились ученые. Несмотря на то что эта гипотеза происхождения Луны всегда была превалирующей, до сих пор бесспорных доказательств в ее пользу представлено не было.

Из более чем полутораста лун Солнечной системы лишь наша Луна имеет, как считается, свое особое происхождение. Прочие естественные спутники либо представляют собой пришлые планетезимали, либо родились одновременно с родительскими планетами из одного аккреционного диска. Однако многие признаки, такие как малое содержание воды и прочих летучих элементов на Луне, очень маленькое ядро, ее сходный с Землей угловой момент и другие, заставили ученых предположить другой сценарий ее возникновения — сценарий Гигантского столкновения.

Проблема состояла в том, что каждой планете Солнечной системы присущ свой собственный, уникальный изотопный состав, поэтому и у той протопланеты, ее назвали Тейя, разумно было бы предположить изотопный состав, отличный от земного.

По многим расчетам, Тейя отдала на создание Луны от 70 до 90% своей массы. Правда, существуют и другие версии, согласно которым Тейя ударила Землю слишком уж по касательной, вырвав из нее изрядный кусок массы и куда-то потом улетев, причем на Луну она отдала при этом не более 8% своего вещества. Сложность состояла еще в том, что при ударе о протоземлю Тейя могла отдать ей до 50% своей изотопной подписи, поэтому поиск различий еще более затруднялся.

Но так или иначе, до сих пор никакого изотопного различия в лунных и земных грунтах обнаружено не было.

Хотя вроде бы мерили точно, до пяти частей на миллион.

Новая установка, созданная в Геттингенском университете, позволила исследователям куда более точно измерять изотопный состав материалов. Решив сравнить на ней лунные и земные базальты, ученые для начала воспользовались веществом лунных метеоритов, но разницы с земными материалами никакой не нашли: по их мнению, небесные пришельцы с Луны за время своего пребывания на нашей планете оказались изрядно засорены местными изотопами. Поэтому их следующим шагом было исследование образцов лунного грунта, привезенного на Землю тремя экспедициями миссии "Аполлон".

Ученые сфокусировали свое внимание на изотопах кислорода.

В результате во всех трех образцах, привезенных с Луны, содержание кислорода-17 на 9 стотысячных процента превышало то, что обнаруживалось в земных образцах.

"Это различие слишком малое, но оно есть, — говорит Даниэл Хервардц, возглавляющий исследование. — И это приводит нас к двум выводам. Во-первых, мы можем с уверенностью сказать, что Гигантское столкновение действительно произошло. Во-вторых, это дает нам возможность сказать что-то и о геохимии Тейи. Следующая цель — узнать, сколько в действительности материала досталось Луне от Тейи".

В 70-90% Хервардц не верит. Он считает, что, скорее всего, Луна от Земли и Тейи унаследовала, как и положено наследовать от родителей, 50 на 50.

И наконец, так и остается без ответа вопрос, куда девалась Тейя после столкновения, что с ней стало, погибла ли она в последующих коллизиях, упала на какой-нибудь Юпитер или стала частью нам давно известной планеты.

Похожие материалы

• 11.11.2016, 10:00 В тренде. Госдепам и членам Совфеда увеличат штат помощников Как выяснила "Газета.Ru", в ближайшее время в Госдуму будет внесен законопроект, увеличивающий допустимый штат помощников думских депутатов и членов Совета Федерации. Сейчас парламентарий может иметь максимум пять помощников, поправки увеличат это число до семи. Это важно для депутатов-одномандатников, которым может не хватать рук для работы в округах. Эксперт считает, что инициатива укладывается в тренд повышения авторитета Госдумы.
• 22.10.2015, 10:57 СМИ: Ученые объявили о 15 днях полной темноты на Земле СМИ распространили информацию о том, что Землю ждут 15 дней полной темноты - с 15 ноября по 29 ноября 2015 года. Причинами явления станет глобальное потускнение Солнца. Авторы новостей ссылаются на специалистов NASA.
• 30.06.2015, 10:03 1 июля суткам добавят одну секунду. Возможны сбои в операционных системах 1 июля ученые добавят жителям Земли одну лишнюю секунду. Удлинить одни сутки в году потребовало торможение Земли, вызванное Солнцем и Луной.
• 02.04.2015, 12:54 Луна станет темно-красного цвета. 4 апреля - самое короткое лунное затмение за столетие Это будет уже третье из четырех лунных затмений, приходящихся на период с 15 апреля 2014 года по 28 сентября нынешнего года.
• 11.07.2014, 14:25 Суперлуние. Спутник дважды минимально приблизится к Земле Предстоящей ночью Луна приблизится к Земле на минимальное расстояние, сообщил "Русской службе новостей" ведущий научный сотрудник Пулковской астрономической обсерватории РАН Георгий Гончаров. В это время полная Луна будет крупнее, чем обычно.

Новые материалы

• 27.03.2019, 08:45 Психолог: "Дети "уходят" в гаджеты при поддержке взрослых" Эксперты констатируют, что ещё никогда за всю историю человечества структурные изменения в информационном поле не были столь грандиозными и значительными. Мы переживаем информационные и технологические революции, перевороты, мятежи и реформы. И кроме восторженных планов, связанных с этими новыми возможностями, звучат тревожные прогнозы. Например, врач-психотерапевт Андрей Курпатов утверждает, что искусственный информационные технологии приводят к неизбежной атрофии интеллектуальной функции. Многие видят врагом человечества мобильный телефон. Родители стонут - он стал членом семьи, навязчивым, эгоистичным и нетерпеливым.
• 26.03.2019, 10:20 Летающие тарелки, чипсы и алюминий. Самые громкие несбывшиеся надежды Саратовской области. Часть 1 Какими только обещаниями и прожектами не потчевали саратовцев последние три десятилетия чиновники и бизнес. Некоторые из этих планов развалились по ходу исполнения, к воплощению других даже не приступали. Часть из них до сих пор не дает покоя власти, другие же давно сданы в архив и забыты. Если бы происходили чудеса и все планы сильных мира сего воплощались в жизнь, Саратовская область выглядела бы совсем по-другому. "Фокус города" постарался вспомнить самые громкие несбывшиеся надежды региона.

На той же орбите, что и Земля. Согласно теории гигантского столкновения столкнувшись с Землей привело к формированию Луны. Вероятно просуществовала на протяжении сотни мильйонолить от момента формирования Солнечной системы (~ 4.6 Гигалет) и до момента столкновения с Землей (~ 4.5 Гигалет).

Объект сформировался в точке Лагранжа (L4 или L5) по системе двух тел Земля-Солнце. Ориентировочно масса Тейи была как у (1 / 10 Земли). Планета названа в честь титана Тейи - матери Селены (богини ).

По некоторым данным планетозималей Тейя вероятно просуществовала 30-50 миллионов лет от формирования Солнечной системы и 4.53 Гигалет (миллиард лет) лет назад столкнулась с прото-Землей. Согласно результатам сравнительного анализа распределения изотопов рубидия и стронция на Луне и Земле проведенного в 2008 году столкновение произошло 4.48 ± 0.02? Гигалет. Последнее число хорошо согласуется с датой 4.46 ± 0.04 Гигалет, которая была ранее получена на основе потери свинца и формированию Лунной коры. Таким образом Тейя могла существовать на протяжении 70-110 Мегалет (миллионов лет).

Прото-Земля, на момент столкновения уже имела почти современную массу. Начальная скорость столкновения была незначительной, в астрономическом смысле - 4 км / сек. Угол падения Тейи был острым, ориентировочно 45 °. Железное ядро Тейи погрузилось к земному ядру, в то время как большинство мантии Тейи и значительная доля мантии Земли были выброшены в космос, где сформировали аккреционный диск. С аккреционного диска в очень короткое время (в пределах века, возможно даже одного месяца) сформировался спутник планеты - Луна.

Сближения и столкновения Тейи и Земли, и образование Луны.

Компьютерное моделирование показывает, что в троянских точках Лагранжа системы Земля-Луна длительное время до 100 Мегалит могли существовать значительные тела или скопления обломков.

В результате столкновения Земля получила значительный угловой момент вращения, сутки продолжалась около пяти часов. В дальнейшем вследствие удаления Луны, вращения Земли замедлился к существующим двадцати четырех часов в сутках.

Согласно современным взглядам, изотопное распределение планет существенно зависит от расстояния до Солнца. Луна и Земля имея сходное распределение изотопов не могли сформироваться на отличных орбитах, однако факт отсутствия на Спутнике тяжелых элементов было тяжело объяснить одновременным образованием на одной орбите обоих тел.

Впервые гипотеза "большого удара" или "большого всплеска" была предложена в 1975 году группой американских астрофизиков Элом Камероном, Уильямом Вардом и Уильямом Хартманн. Таким образом относительно легко было обосновано почти полное отсутствие на спутнике тяжелых элементов, например железа. Однако объект, образовавшийся кое должен существенно отличный состав и в новообразованного Луны был бы отличный изотопный состав, например изотопов кислорода.

Место возникновения Тейи долгое время оставался слабым местом теории. В новообразованной Солнечной системе не было мест где смог образоваться такой значительный объект, как Тейя с похожим к Земле изотопным составом. Ведь для накопления такой массы должно было пройти определенное время существования на стабильной орбите. В 2004 году на основе компьютерного моделирования два сотрудника Принстонского университета Ричард Готт и Эдуард Бэлбруно проиллюстрировали, что в одной из троянских точек Лагранжа, которые отстоят от Земли на 60 ° смог бы образоваться планетоид, который имел бы достаточно времени для разрастания в Марсианской массы.

Ориентировочно через сотню миллионов лет объект был расшатан гигантом и постепенно сблизился и столкнулся с Землей на незначительной скорости. Поскольку и Земля и Тейя сформировались на одной орбите, то и изотопный состав в них похож.
25 февраля 2011 было объявлено об открытии двух планет на одной орбите в планетарной системе KOI-730. Обе планеты находятся в троянов точках друг относительно друга.

Существование таких объектов является еще одним подтверждением правдоподобности существования Тейи. Согласно расчетам орбит минимум в течение ближайших 2.2 миллионов лет обе планеты будут иметь стабильные орбиты.

Недавно астрофизики при помощи космического телескопа Kepler совершили очередное любопытное открытие. Исследуя звездную систему KOI-730, они обнаружили, что две из четырех ее планет имеют общую орбиту. Ученые полагают, что когда-то аналогичный феномен наблюдался и в Солнечной системе. Речь идет о гипотетическом "двойнике" Земли — Тейе.

Планетолог Джек Лиссауер из Исследовательского центра Эймса и его коллеги-астрофизики подсчитали, что дистанция между планетами-"соседями", имеющими общую орбиту, составляет 60 градусов, а оборот вокруг своей звезды солнечного типа они делают за 9,8 дня. Если смотреть на одну из планет с позиции другой, то она видна в небе как яркое светило. При этом свечение его стабильно: оно никогда не разгорается и не становится более тусклым.

Такая ситуация сложилась благодаря "точкам Лагранжа", называемым также точками либрации (в переводе с латинского это означает буквально "раскачивание"). Это точки, лежащие в плоскости орбит двух массивных тел, в которых может находиться третий объект с пренебрежительно малой массой, при этом на него не действуют никакие другие силы, кроме гравитационного воздействия со стороны этих двух тел большой массы. Гравитация уравновешивается центробежной силой, что позволяет данному объекту оставаться неподвижным относительно массивных тел. Явление открыл в 1772 году математик Жозеф Луи Лагранж.

В астрономии точки Лагранжа обозначаются заглавной латинской буквой L, к которой добавляется числовой индекс от одного до пяти. В таких точках удобно размещать искусственные космические объекты, так как ближайшие крупные небесные тела будут находиться по отношению к ним всегда в одной и той же позиции. Сейчас в различных точках Лагранжа Солнечной системы находится несколько космических аппаратов, в том числе астрофизических обсерваторий.

В нашей системе в "точках Лагранжа" можно обнаружить лишь мелкие космические объекты вроде астероидов. Однако находка, сделанная в системе KOI-730, служит косвенным подтверждением ударной теории образования Луны, или теории "Большого Всплеска", выдвинутой в 1975 году американскими астрофизиками Элом Камероном, Уильямом Вардом, Уильямом Хартманном и Дональдом Дэвисом.

Согласно ей, на заре формирования Солнечной системы (примерно 4,6 миллиарда лет назад) произошло столкновение между Землей и планетой Тейя. Это гипотетическое небесное тело размером с Марс было названо современными астрофизиками в честь мифологического персонажа Тейи — одной из сестер-титанид, матери Гелиоса, Эос и Селены (богини Луны). Предположительно Тейя находилась в точке Лагранжа L4, расположенной на орбите Земли. Затем под влиянием гравитационных сил Земли и Солнца она перешла на хаотическую орбиту и, приблизившись к Земле, буквально врезалась в нее. Произошел взрыв, после которого Тейя разлетелась на осколки. Из них и образовался позднее спутник Земли — Луна.

Этот процесс удалось смоделировать на компьютере Ричарду Готту и Эдварду Белбрано из Университета Принстона. Они пришли к выводу, что Тейя сформировалась точно на том же расстоянии от Солнца, что и Земля, а столкновение произошло на относительно низкой скорости и несколько по касательной, так что наша планета не слишком пострадала. Кстати, первоначально Луна была в 20 раз ближе к Земле, чем теперь, считают исследователи.

В пользу такого поворота событий говорят многие факты. Во-первых, ни одна из планет Солнечной системы, за исключением Плутона, не имеет такого большого по массе спутника, как Луна. Во-вторых, Луна обладает гораздо меньшей гравитацией, чем Земля, и в ее составе значительно меньше железа, чем, по идее, должно было быть. В-третьих, изотопный состав кислорода у Земли и Луны весьма сходен.

Ричард Готт и Эдвард Белбрано также убеждены, что формирование Луны имело решающее значение для развития жизни на Земле. Ведь гравитация Луны (так называемые лунные приливы) сглаживает колебания земной оси, стабилизируя земной климат, делая его более благоприятным для живых организмов.

Ученые полагают, что в нашей Галактике есть и другие планетарные системы с планетами земного типа, имеющими большие луны. Именно там есть шансы найти жизнь, возможно, и разумную.

Столкновение Земли с гипотетической планетой Тейей, вероятно, образовало Луну совсем не так, как полагали раньше: мощнейший удар испарил большую часть твёрдых пород нашей планеты, резко раздув её в размерах, и именно из внешних слоёв этого пара возник наш естественный спутник.

Американские учёные разработали новую методику определения концентрации изотопов калия и на её основе создали экзотическую теорию образования Луны, ранее никогда не рассматривавшуюся научным сообществом. Соответствующая статья опубликована в журнале Nature.

C 1970-х годов принято считать, что Луна образовалась, когда 4,5 миллиарда лет назад гипотетическая планета размером с Марс (Тейя) ударила в прото-Землю. Однако последние 15 лет ряд данных плохо стыкуется с этой идеей. Почти любая модель такого столкновения показывает, что Луна не менее чем на 60 процентов должна образоваться из Тейи. Но анализ состава лунного грунта — как советского, так и американского — указал на то, что там то же соотношение изотопов кислорода, что и на Земле. Известно также, что химический состав планет, образовавшихся в разных регионах Солнечной системы, должен различаться. Американские марсоходы фиксируют, что изотопный состав для Марса совсем не такой, как для Земли.

Общепринятая модель формирования Луны.

Чтобы объяснить это противоречие, в 2015 году была предложена новая модель, согласно которой столкновение тел было "лобовым" и настолько мощным, что основная часть обеих планет от нагрева испарилась. Горные породы стали газом, однако его температура была так высока, что вместо силикатной атмосферы над ядром планеты возник сплошной покров силикатной сверхкритической жидкости. Так называют состояние вещества, когда температура и давление в нём выше критической точки. Из-за этого ему одновременно присущи свойства как газа, так и жидкости. Например, сверхкритическая жидкость легко проникает сквозь препятствия как газ, но при этом растворяет твёрдые тела, как жидкость.

В такой среде материя Тейи и прото-Земли могла быстро смешаться и стать химически однородной за короткое время. У гипотезы было два основных недостатка. Во-первых, если это было так, её, на первый взгляд, было невозможно ни опровергнуть, ни убедительно доказать. Ведь состав Земли и Луны тогда был бы одинаковым. Во-вторых, сценарий получался слишком экзотическим. Он требовал испарения основной части нашей планеты после удара и её увеличения в объёме в 500 раз. Диаметр планеты тогда мог достигать 100 000 километров (почти как у Сатурна). Это примерно в восемь раз больше, чем сегодня, и больше похоже на газовую планету-гиганта, чем на известную нам Землю.

Однако теперь учёные из США, создав более точный метод анализа для изотопов калия, установили, что в лунных породах калия-41 чуть больше, чем в земных (на 4 десятитысячных доли). Единственный сценарий, который может корректно объяснить такое различие, — разная скорость конденсации калия-41 из облака горячего пара. Внешние слои вздувшейся после удара прото-Земли оказались бы в десятках тысячах километров от её центра и начали охлаждаться раньше. По мере остывания более тяжёлый калий-41 осаждался во внешних слоях интенсивнее, чем во внутренних. Поскольку внешние слои позже стали Луной, а внутренние стали нынешней Землёй, на спутнике калия-41 естественным образом оказалось чуть больше, чем на нашей планете.

Если бы этот процесс шёл в вакууме, он дал бы большую разницу по концентрации калия-41. Поскольку различия всё же довольно малы, расчёты показывают, что конденсация калия-41 в веществе будущей Луны шла при давлении в 10 атмосфер. Это довольно большая величина, которая указывает на то, что гипотеза испарения прото-Земли после столкновения с Тейей, скорее всего, верна. Как ни трудно было бы это себе представить сегодня, в районе формирования будущей Луны существовала сверхкритическая жидкость из испарившихся твёрдых пород нашей планеты. Со временем она постепенно кристаллизировалась в породы современной Луны. А остальные "излишки" вещества осели обратно на нашу планету, образовав её внешние слои.

Космические просторы в представлении художника

©NASA

Одной из гипотетических планет был в свое время и Нептун: его существование предсказывали астрономы, хотя долгое время он оставался невидимым для телескопов. Многие гипотезы были опровергнуты, другие все еще ждут своего подтверждения.

Планета X

В начале XIX века астрономы, пользуясь законами Ньютона, предсказали существование еще одной планеты, чья сила притяжения влияла на траекторию Урана. Ею оказался Нептун. Однако его масса, по расчетам ученых, была недостаточной, чтобы объяснить орбиту Урана.

В солнечной системе должна была существовать еще одна, девятая планета, которую американский астроном Персиваль Лоуэлл окрестил Планетой X. Однако поиски загадочной планеты не увенчались успехом. Даже открытый позднее Плутон не обладал достаточной массой, чтобы оказывать необходимое влияние на орбиту Урана.

Поиски Планеты X прекратились лишь в 1989 году, когда космический аппарат «Вояджер 2» точно измерил массу Нептуна. Ее значение оказалось значительно больше, нежели предсказывали ученые, что полностью объясняло сдвиг орбиты Урана.

©NASA, ESA and G. Bacon (STScI)

Планета между Марсом и Юпитером

В XVI столетии Иоганн Кеплер обратил внимание на огромный зазор между орбитами Марса и Юпитера. По его предположению в нем должна была скрываться еще одна планета. Многие астрономы поддержали его предположение.

Орбита невидимой планеты была точно вычислена, и ученые систематически исследовали небо в ее поисках, глядя в свои телескопы . В 1801 году действительно был обнаружен небесный объект, чья орбита совпадала с предсказанной, однако размеры его оказались слишком малы для полноценной планеты.

Речь идет о Церере, которую долгие годы классифицировали как астероид. В настоящее время она считается карликовой планетой, как и Плутон.

Водяной пар на Церере в представлении художника

©IMCCE-Observatoire de Paris/CNRS/Y.Gominet, B. Carry

Тейя

Тейя – гипотетическая планета, имеющая сходный размер с Марсом, столкновение которой с Землей 4,4 млрд лет назад привело к образованию Луны.

Имя ей дал английский геохимик Алекс Холлидей в честь титаниды, породившей согласно греческой мифологии Селену – богиню Луны.

Следует признать, что происхождение естественного спутника Земли все еще остается загадкой для ученых. Теория гигантского столкновения Земли с Тейей – одна из самых вероятных гипотез. Однако есть и другие.

Не исключено, например, что Земля и Луна сформировались в паре при рождении Солнечной системы, или же Луна была притянута к нашей планете гравитационными силами.

©NASA

Вулкан

Уран не был единственной планетой, чья траектория не соответствовала теоретическим предсказаниям. Аномальное смещение перигелия Меркурия, обнаруженное в 1859 году, заставило астрономов искать гипотетическую планету Вулкан внутри орбиты самого маленького члена планетарной семьи.

Задача эта была очень затруднительной из-за яркого солнечного света. Многие ученые принимали темные пятна на Солнце за загадочного Вулкана.

Проблема была решена лишь в 1915 году благодаря общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна. Из-за корректив, внесенных ОТО в расчеты орбиты Меркурия, необходимость в дополнительной планете отпала.

©listverse.com

Фаэтон

Открытие второго крупного астероида, Паллады, на следующий год после обнаружения Цереры заставило немецкого астронома Генриха Ольберса предположить, что оба астероида являются фрагментами древней планеты, уничтоженной в результате столкновения с кометой.

Но в таком случае, между орбитами Марса и Юпитера должно было находиться еще немало фрагментов уничтоженной планеты. Открытие Юноны и Весты несколькими годами позже подтвердило эту гипотезу. Древнюю планету окрестили Фаэтоном в честь мифологического сына бога Солнца, разбившегося на колеснице своего отца.

Однако масса всех тел в астероидном поясе слишком мала для планеты. Кроме того, сами астероиды очень отличаются друг от друга, поэтому большинство ученых считает, что астероидный пояс сформировался в результате притяжения мелких фрагментов.

Планета V

Еще одна гипотетическая планета, которая должна была существовать 4 млрд лет назад между астероидным поясом и Марсом. Ее предсказали специалисты NASA Джек Лиссо и Джон Чемберс.

Согласно их расчетам, орбита планеты V была крайне нестабильной и эксцентричной. Пятая планета должна была погибнуть в результате метеоритной бомбардировки, упав, в конце концов, на Солнце. Однако с формированием астероидного пояса ее гибель никак не связана.

Вид с поверхности планеты в представлении художника

©NASA

Пятый газовый гигант

Одно из объяснений метеоритной бомбардировки, в результате которой образовались многие кратеры на Луне, а также на нескольких планетах, дает так называемая модель Ниццы (она была разработана в знаменитом городе на Лазурном берегу Франции).

Согласно этой модели, орбиты внешних газовых гигантов – Сатурна, Урана и Нептуна, изначально были значительно меньше. После рассеяния протопланетного газового диска эти планеты переместились в свои нынешние положения.

Миграция планет удачно объясняет многие феномены, открытые в Солнечной системе, однако для ее осуществления требуется еще один дополнительный газовый гигант. По предположениям ученых, в результате космических катаклизмов планета V, в конце концов, была выброшена за пределы Солнечной системы.