Спустя десятилетия после того, как ученые, казалось, согласились с одной теорией, появились новые доказательства, противоречащие ей, относительно возможного способа возникновения Луны.
Впечатление художника о синестия , гипотетический объект, состоящий из испаренной породы, которая могла породить Луну.
13 декабря 1972 года астронавт «Аполлона-17» Харрисон Шмитт приблизился к валуну в лунном Море Спокойствия.
«След этого валуна ведет прямо вниз по склону», — сказал он своему командиру Юджину Сернану, указывая на следы, оставленные камнем, скатившимся по склону.
Сернан наклонился, чтобы собрать образцы, и предложил Шмитту представить, что бы произошло, если бы они встали на пути камня до того, как он скатился по склону.
«Мне не нравится об этом думать», — сказал Шмитт. Астронавты отломили куски Луны от валуна.
Затем, используя грабли, Шмитт соскреб пыльную поверхность, подняв из реголита камень, позже названный троктолитом 76536, и войдя в историю.
Этот камень и его брат-валун расскажут историю о том, как возникла вся Луна.
В этой истории создания, рассказанной в бесчисленных учебниках и объяснениях музейных экспонатов за последние четыре десятилетия, Луна родилась в результате катастрофического столкновения эмбриональной Земли и скалистого мира размером с Марс.
Второй мир был назван Теей, в честь греческой богини, родившей Селену, т. е.
Луну.
Тея ударила по Земле с такой скоростью и силой, что оба мира расплавились.
Остатки обломков Теи остыли и затвердели, превратившись в нашего серебристого спутника.
Современные измерения троктолита 76536 и других камней с Луны и Марса поставили под сомнение эту историю.
За последние пять лет шквал исследований выявил проблему: гипотеза формирования канонического шока опирается на предположения, не соответствующие фактам.
Если Тейя столкнулась с Землей, а затем образовала Луну, то Луна должна быть сделана из того же материала, что и Тейя.
Но Луна не похожа на Тейю или на Марс.
Вплоть до атомов она выглядит почти так же, как Земля.
Астронавт исследует камни на Луне
Столкнувшись с этим несоответствием, исследователи Луны начали искать новые идеи, чтобы понять, как это произошло.
Самое очевидное решение может быть и самым простым, хотя оно и создает другие проблемы с пониманием ранней Солнечной системы: Тейя, возможно, сформировала Луну, но Тейя состояла из материала, почти идентичного земному.
Вторая возможность – процесс столкновения все тщательно перемешал, равномерно распределив комочки и жидкости, как тесто для блинов.
Это могло произойти в результате столкновения чрезвычайно высокой энергии или в серии столкновений, в результате которых образовалось несколько спутников, которые позже слились.
Третье объяснение бросает вызов тому, что мы знаем о планетах.
Вполне возможно, что Земля и Луна претерпели странные метаморфозы и совершили необычные движения на орбите, кардинально изменившие их вращение и их будущее.
Четыре способа создать луну
С появлением проблем с основной теорией происхождения Луны учёные придумали новые теории её появления.
Модель формирования удара
Эта классическая теория, появившаяся в 1970-х годах, утверждает, что скала размером с Марс, Тейя, ударила по молодой Земле.
После удара появился диск обломков, который позже слился с Луной.
Но новые исследования выявили противоречие: компьютерное моделирование предполагает, что Луна должна состоять из материала, похожего на материал Тейи, в то время как геохимические исследования Луны предполагают, что она должна состоять из материала, подобного земному.
Синестия
Возможно, Тейя ударилась о Землю достаточно сильно, чтобы оба объекта испарились и образовали новую космическую структуру — синестию.
Вращающееся облако горячих обломков могло тщательно перемешать материалы Тейи и Земли и создать систему Земля/Луна со схожей геохимией.
Маленькие луны
Вполне возможно, что вместо одного серьёзного удара произошло множество относительно небольших, каждый из которых создал Луну.
В этой модели каждое столкновение с объектом размером с Луну создавало диск обломков, который постепенно собирался в небольшую луну.
Затем следующий удар добавил еще больше обломков, и в конечном итоге они объединились в большую Луну.
Столкновение близнецов
Возможно, самой простой альтернативой была бы та, в которой Тейя сделана из того же материала, что и Земля.
Но это предположение противоречит большинству наших представлений о формировании планетных систем.
* * * Чтобы понять, что могло произойти в самый памятный день на Земле, нам нужно понять молодость Солнечной системы.
Четыре с половиной миллиарда лет назад Солнце было окружено горячим облаком обломков в форме пончика.
Элементы, зародившиеся в недрах звезды, двигались вокруг вновь образовавшегося Солнца, остывая, а спустя тысячелетия объединяясь - в пока еще неясном для нас точно процессе - в комки, затем в планетезимали , а затем ко все более крупным планетам.
Эти скалистые тела активно и яростно сталкивались, испаряя друг друга.
Именно в этом жестком адском бильярде появились Земля и Луна.
Чтобы получить сегодняшнюю Луну с ее размером, вращением и скоростью отрыва от Земли, согласно нашим лучшим компьютерным моделям, тело размером с Марс должно было бы столкнуться с Землей.
Все, что больше или меньше, привело бы к возникновению системы с гораздо большим угловым моментом.
Более крупное тело также выбросило бы слишком много железа на орбиту Земли, создав луну, более богатую железом, чем наша.
Угловой момент — это величина, описывающая движение и массу вращающегося объекта или системы вращающихся объектов: вращающейся Земли, вращающейся Луны, вращающейся вокруг вращающейся Земли и так далее.
Момент импульса всегда сохраняется, т. е.
может быть приобретен или утерян только при вмешательстве третьей силы.
Ранние геохимические исследования троктолита 76536 и других пород подтвердили эту версию.
Они показали, что лунные камни, должно быть, возникли в океане лунной магмы, которая могла образоваться только в результате ударного образования.
Троктолит упал бы в расплавленное море, как айсберг, отколовшийся от Антарктиды.
Основываясь на физических ограничениях, ученые утверждали, что Луна состоит из остатков Тейи.
Но есть проблема.
Вернемся к ранней Солнечной системе.
После столкновения и испарения каменистых миров их содержимое смешалось и со временем осело в определенных областях космоса.
Ближе к Солнцу, где было жарче, легкие элементы с большей вероятностью испарялись, оставляя после себя избыток тяжелых изотопов (вариантов элементов, содержащих лишние нейтроны).
Находясь дальше от Солнца, камни смогли удерживать больше воды и легких изотопов.
Таким образом, ученые могут изучить смесь изотопов объекта и определить, из какой части Солнечной системы он произошел, точно так же, как акцент показывает родину человека.
Сара Стюарт, планетолог из Калифорнийского университета в Дэвисе, и ее студент Саймон Локк из Гарвардского университета
Эти различия настолько очевидны, что их используют для классификации планет и типов метеоритов.
Марс, например, настолько отличается от Земли, что его метеориты можно идентифицировать, просто измеряя соотношение трех различных изотопов кислорода.
В 2001 году, используя передовую технологию масс-спектрометрии, швейцарские ученые повторно измерили троктолит 76536 и 30 других лунных образцов.
Они обнаружили, что их изотопы кислорода неотличимы от земных.
С тех пор геохимики изучали на Земле и Луне титан, вольфрам, хром, рубидий, калий и другие редкие металлы, и в целом все выглядит одинаково.
Это плохие новости для Теи.
Если Марс так явно отличается от Земли, то Тейя – и, следовательно, Луна – тоже должна отличаться.
Если они одинаковы, это означает, что Луна должна была образоваться из расплавленных осколков Земли.
Скалы Аполлона противоречат тому, что говорит физика.
«Каноническая модель находится в серьезном кризисе», — говорит Сара Стюарт, планетолог из Калифорнийского университета в Дэвисе.
«Ее еще не убили, но в данный момент она не работает».
* * * Стюарт попытался согласовать физические ограничения (необходимость столкновения с телом определенного размера, движущегося с определенной скоростью) с новыми геохимическими данными.
В 2012 году она и Матия Чук, ныне работающий в Институте SETI, предложили новую физическую модель формирования Луны.
Они утверждают, что ранняя Земля вращалась так же быстро, как дервиш , совершая один оборот каждые два-три часа, когда с ним сталкивалась Тея.
В результате столкновения вокруг Земли образовался бы диск, похожий на кольца Сатурна, но оно продолжалось бы не более 24 часов.
В результате он остынет и затвердеет, образуя Луну.
Суперкомпьютеры недостаточно мощны, чтобы полностью смоделировать этот процесс, но они показали, что снаряд, врезающийся в быстро вращающийся мир, может отрезать большой кусок Земли, уничтожить большую часть Тейи и заново собрать Луну и Землю с одинаковым содержанием изотопов из обломки.
Это все равно, что бросить кусок еще не затвердевшей глины на быстро вращающийся гончарный круг.
Но для того, чтобы объяснение быстрого вращения Земли сработало, необходимо что-то еще, чтобы замедлить ее вращение до нынешнего уровня.
В статье 2012 года Стюарт и Чук утверждали, что посредством определенных взаимодействий с орбитальным резонансом Земля может передавать угловой момент Солнцу.
Позже Джек Уиздом из MTI предложил несколько различных сценариев потери углового момента системой Земля/Луна.
Но ни одно из объяснений не было достаточно удовлетворительным.
Стюарт говорит, что модели 2012 года не смогли объяснить орбиту Луны или ее химический состав.
Затем, в прошлом году, Саймон Локк, аспирант Гарвардского университета, который учился вместе со Стюартом, предложил обновленную модель, которая предполагает ранее не рассмотренную планетарную структуру.
В этой истории все частицы Земли и Тейи испарились и образовали раздутое облако в форме толстого бублика.
Облако вращалось так быстро, что достигло предела совместного вращения.
В этом состоянии у внешнего края облака испарившиеся породы вращались так быстро, что облако приобрело новую структуру, при которой вокруг внутренней области вращается толстый диск.
Важно отметить, что диск не был отделен от центральной области, как кольца были отделены от Сатурна и как диски были отделены в моделях формирования Луны после удара.
Синестия, возможно, представляла собой массу испарённого камня в форме пончика, окружавшую скалистой планету.
Условия в этой структуре просто адские; поверхности нет, вместо нее есть облака расплавленной породы, и в каждой области облака образуются капли расплавленной породы.
Луна росла внутри этого пара капель, пока пар не остыл и не покинул систему Земля/Луна.
Учитывая необычные характеристики конструкции, Локк и Стюарт решили, что она заслуживает нового названия.
Они придумали несколько версий, прежде чем остановили свой выбор на синестии, в которой используется греческий префикс син-, означающий «вместе», и богиня Гестия , богиня семейного очага, здоровья и архитектуры.
Стюарт говорит, что это слово означает «единая структура».
«Эти тела — не то, что вы думаете на первый взгляд. Они выглядят не так, как вы думали», — говорит она.
В мае Локк и Стюарт опубликовали статью о физике синестии; Их работы по происхождению Луны из синестии до сих пор оцениваются специалистами.
Они представили свою работу на конференциях по планетарным наукам этой зимой и весной и говорят, что их коллеги были заинтригованы, но не убеждены этой идеей.
Возможно, потому, что синестии — это пока всего лишь идея; В отличие от планет с кольцами, которых много в нашей Солнечной системе, и протопланетных дисков, которых много во Вселенной, синестии еще никто не видел.
«Но это определенно интересный путь, который мог бы объяснить особенности нашей Луны и помочь нам преодолеть проблему с нашей сломанной моделью», — говорит Локк.
* * * Среди естественных спутников Солнечной системы Луна выделяется своим одиночеством.
Меркурий и Венера не имеют естественных спутников, отчасти из-за их близости к Солнцу, гравитационное влияние которого сделало бы орбиты таких спутников нестабильными.
У Марса есть крошечные Фобос и Деймос; одни полагают, что это захваченные астероиды, другие полагают, что они образовались после столкновений тел с Марсом.
Газовые гиганты просто полны спутников: некоторые каменистые, некоторые водянистые, некоторые смешанные.
В отличие от этих спутников, спутник Земли выделяется своими размерами и массой.
Масса Луны составляет примерно 1% массы Земли, тогда как общая масса спутников внешних планет не превышает одной десятой процента массы их родителей.
Что еще более важно, Луна отвечает за 80% углового момента системы Земля/Луна, то есть 80% движения всей системы.
Для внешних планет этот показатель не превышает 1%.
Но Луна не обязательно всегда несла такую нагрузку.
Лик Луны демонстрирует, что ее всю жизнь бомбардировали; почему мы должны предполагать, что только один камень высек его из Земли? Вполне возможно, что Луна возникла в результате множественных столкновений, говорит Ралука Руфу, планетолог из Научного института Вейсмана в Израиле.
В статье, опубликованной этой зимой, она утверждает, что Луна не появилась рядом с Землей сразу.
Это коллекция, созданная из тысячи сокращений — или, по крайней мере, из дюжины, согласно ее моделированию.
Снаряды, летящие под разными углами и с разной скоростью, могли удариться о Землю и сформировать диски, которые собрались в маленькие луны, крошки, меньшие по размеру, чем нынешняя Луна.
Взаимодействия между маленькими лунами привели к их объединениям, которые образовали нашу сегодняшнюю Луну.
Компьютерное моделирование: две маленькие луны сливаются воедино
Ее работа была хорошо принята планетологами в прошлом году.
Робин Канап, учёный-луновед из Юго-Западного научно-исследовательского института и один из первых авторов теории формирования Луны, сказал, что это заслуживает внимания.
Однако необходимы дополнительные проверки.
Руфу не уверен, будут ли маленькие луны фиксироваться на своей орбите так же, как Луна, которая всегда обращена к нам одной стороной; если да, то она не уверена, как бы они объединились.
«Это то, что мы сейчас пытаемся выяснить», — сказал Руфу.
Тем временем другие обратились к другому объяснению сходства между Землей и Луной, дав очень простой ответ. Синестии, маленькие луны, новые физические модели – все это спорно.
Возможно, Луна очень похожа на Землю, потому что Тея тоже была на нее похожа.
* * * Луна — не единственный объект в Солнечной системе, похожий на Землю.
Породы троктолита 76536 имеют такое же соотношение изотопов кислорода, что и земные породы и группа астероидов, называемая энстатит хондриты .
По словам Мириам Телас, космохимика, изучающего метеориты в Институте искусственного интеллекта, комбинация изотопов кислорода на этих астероидах очень похожа на земную.
Карнеги в Вашингтоне.
«Одним из аргументов является то, что они образовались в более горячих областях диска, ближе к Солнцу», — говорит она.
Вероятно, они образовались недалеко от места формирования Земли.
Некоторые из этих камней образовали Землю, другие, возможно, образовали Тею.
Энстатитовые хондриты представляют собой фрагментарный материал, который никогда не собирался вместе, чтобы создать мантию, ядро и целую планету.
В январе Николас Дауфас, геофизик из Чикагского университета, утверждал, что большинство камней, упавших на Землю, были метеоритами энстатитового типа.
Он писал, что все, что образовалось в одном регионе, должно состоять из них.
Создание планет произошло из тех предварительно смешанных материалов, которые мы сейчас находим на Луне и Земле; они выглядят одинаково, потому что представляют одно и то же.
«Гигантское тело, столкнувшееся с Луной и породившее ее, вероятно, имело изотопный состав, близкий к земному», — писал Дауфас.
Дэвид Стивенсон, планетолог из Калифорнийского технологического института, который изучал происхождение Луны с тех пор, как Тейя была впервые предложена в 1974 году, говорит, что считает эту работу самым важным вкладом в дебаты за последний год и утверждает, что она касается проблема, с которой геохимики пытались справиться на протяжении десятилетий.
Николас Дауфас держит в руках кусок энстатитового хондрита, астероида, который может состоять из материала, подобного тому, из которого образовалась Земля.
«Его история правдоподобна.
«Это умная история о том, как взглянуть на различные элементы, обнаруженные на Земле», — сказал Стивенсон.
«И тогда мы можем перейти к рассказу о конкретной последовательности событий, сформировавших Землю, в которой большую роль играют энстатитовые хондриты».
Но пока не все в это верят. Остаются вопросы о количестве изотопов таких элементов, как вольфрам, говорит Стюарт. Вольфрам-182 является дочерью гафния-182, поэтому соотношение количества вольфрама и гафния работает как часы и определяет возраст конкретного камня.
Если в одном камне вольфрама-182 больше, чем в другом, можно с уверенностью сказать, что камень с преобладанием вольфрама образовался раньше.
Но самые точные доступные измерения показывают, что на Земле и на Луне одинаковое соотношение вольфрама и гафния.
«Было бы очень удачным совпадением, если бы эти два органа имели одинаковый состав», — заключает Дауфас.
* * * Понимание Луны – нашего постоянного партнера, серебристой сестры, цели мечтателей и исследователей с незапамятных времен – интересно само по себе.
Но история его происхождения и история таких камней, как троктолит 76536, могут стать одной главой в гораздо большей книге.
«Я рассматриваю это как окно в более широкий вопрос: что происходило во время формирования планет земного типа? - сказал Стивенсон.
«Пока никто на него не ответил».
Понимание синестии может помочь найти ответ; Локк и Стюарт полагают, что синестии могли очень быстро образоваться в ранней Солнечной системе, когда протопланеты сталкивались друг с другом и таяли.
Многие каменистые тела, возможно, возникли как густые паровые ореолы, поэтому понимание эволюции синестии могло бы помочь ученым понять, как развивались Луна и другие земные миры.
Конечно, сбор большего количества образцов, особенно из мантии обоих тел, поможет, поскольку тогда у геохимиков будет больше данных для работы.
Они смогут сказать, сохраняется ли кислород, хранящийся глубоко в недрах Земли, с глубиной, или же три общих изотопа кислорода доминируют друг над другом в разных областях.
«Когда мы говорим, что Земля и Луна очень похожи по содержанию трех изотопов кислорода, мы предполагаем, что действительно знаем, что такое Земля и что такое Луна», — говорит Стивенсон.
Новые детали теорий происхождения Солнечной системы, часто основанные на сложном компьютерном моделировании, помогают разгадать, где родились планеты и куда они двигались.
Ученые все чаще говорят, что Марс не расскажет нам эту историю, поскольку он не мог образоваться в той же части Солнечной системы, где появились Земля, энстатиты и Тейя.
Стивенсон говорит, что Марс больше не нужно использовать в качестве барометра для скалистых планет. Эксперты по Луне сходятся во мнении, что лучшие ответы можно найти на Венере, самой похожей на Землю планете.
В юности у нее, возможно, была Луна, которая впоследствии исчезла; он мог быть очень похож на Землю или отличаться от него.
«Если бы мы могли получить камешек с Венеры, нам было бы очень легко ответить на вопрос о происхождении Луны.
Но, к сожалению, этого нет ни в чьих приоритетах», — говорит Лок.
Отсутствие образцов с Венеры и лабораторий, способных проверить невообразимые давления и температуры в центре столкновений, заставляет лунных ученых придумывать новые модели – и пересматривать первоначальную историю Луны.
Теги: #астрономия #Научно-популярная #луна #физика #земля #происхождение Луны #теория ударного образования #тея
-
Болгарский Язык
19 Oct, 24 -
Микронозийские Языки
19 Oct, 24 -
Выход На Американский И Европейский Рынок
19 Oct, 24 -
Установка Лайтпака На Ноутбук
19 Oct, 24 -
Вы Играете В Игры?
19 Oct, 24 -
Мемоизация В Python
19 Oct, 24
