Происхождение Луны - Origin of the Moon

Луна покрыта кратерами дальняя сторона

В происхождение луны обычно объясняется Марс -размерное тело ударяется о Землю, образуя кольцо обломков, которое в конечном итоге собралось в единое целое. естественный спутник, то Луна, но есть несколько вариантов этого гипотеза гигантского удара, а также альтернативные объяснения, и продолжаются исследования того, как появилась Луна.[1][2] Другие предлагаемые сценарии включают захваченное тело, деление, сформированное вместе (теория конденсации, Синестия ), планетезимальный столкновения (образованные из астероидоподобных тел) и теории столкновений.[3]

Стандартная гипотеза гигантского удара предполагает, что тело размером с Марс, называемое Theia, ударился о протоземлю, создав большой кольцо мусора вокруг Земли, которая затем сросшийся сформировать Луну. Это столкновение также привело к 23,5 ° наклонная ось Земли, вызывая тем самым сезоны.[1] Луна кислород изотопный соотношения кажутся по существу идентичными земным.[4] Изотопные отношения кислорода, которые можно измерить очень точно, дают уникальную и отличную сигнатуру для каждого Солнечная система тело.[5] Если бы Тейя была отдельной протопланета, вероятно, он имел бы отличную от прото-Земли сигнатуру изотопов кислорода, как и выброшенный смешанный материал.[6] Кроме того, Луна изотоп титана соотношение (50Ti /47Ti ) кажется настолько близким к Земле (в пределах 4 частей на миллион), что небольшая масса сталкивающегося тела, если она вообще вообще могла быть, могла быть частью Луны.[7]

Формирование

Основная статья: Гипотеза гигантского удара
"Одна из проблем давней теории столкновения состоит в том, что ударное тело размером с Марс, состав которого, вероятно, существенно отличался бы от состава Земли, вероятно, оставило бы Землю и Луну с другим химическим составом, которым они и являются. нет."

—НАСА[1]

Лунный образец 61016, более известный как "Большой Мулей "

Были высказаны некоторые теории, которые предполагают, что у протоземли не было больших лун на раннем этапе формирования Солнечной системы, 4,425 миллиарда лет назад, а Земля в основном состояла из скалы и лавы. Theia, рано протопланета размером с Марс, ударилась о Землю так, что она выбросила значительное количество материала от Земли. Некоторая доля этих выбросов сбежал в космос, а остальные собрались в единое сферическое тело на орбите вокруг Земли, создав Луну.

Гипотеза требует столкновения между прото-Землей размером около 90%.[требуется разъяснение ] нынешней Земли, а другое тело диаметром Марс (половина земного диаметра и десятая часть его массы). Последний иногда упоминается как Theia, имя матери Селена, Луна богиня в Греческая мифология. Это соотношение размеров необходимо для того, чтобы получаемая система имела достаточно угловой момент чтобы соответствовать текущей орбитальной конфигурации. Такое столкновение вывело бы на орбиту вокруг Земли достаточно материала, чтобы в конечном итоге накопиться и сформировать Луну.

Компьютерное моделирование показывают потребность в скользящем ударе, который заставляет часть коллайдера образовывать длинную ветвь материала, которая затем срезается. Асимметричная форма Земли после столкновения заставляет этот материал оседать на орбите вокруг основной массы. Энергия, вовлеченная в это столкновение, впечатляет: возможно, триллионы тонн материала испарились и расплавились. В некоторых частях Земли температура поднялась бы до 10 000 ° C (18 000 ° F).

Луна относительно небольшая утюг ядро (по сравнению с другими скалистые планеты и луны в Солнечной системе) объясняется тем, что ядро ​​Тейи в основном сливается с ядром Земли. Отсутствие летучие вещества в лунных образцах также частично объясняется энергией столкновения. Энергии, высвободившейся во время воссоздания материала на орбите вокруг Земли, было бы достаточно, чтобы растопить большую часть Луны, что привело бы к генерации магматический океан.

Новообразованная Луна вращалась на расстоянии примерно одной десятой от сегодняшнего, и улетела наружу из-за приливное трение передача углового момента от вращений обоих тел орбитальному движению Луны. Попутно вращение Луны стало приливно заблокирован на Землю, так что одна сторона Луны постоянно обращена к Земле. Кроме того, Луна столкнулась бы с любыми небольшими ранее существовавшими спутниками Земли, которые имели бы общий состав Земли, включая изотопное содержание. С тех пор геология Луны стала более независимой от Земли.

Исследование 2012 г. по истощению цинк изотопы на Луне подтверждают происхождение Земли и Луны в результате гигантского удара.[8]

В 2013 году было опубликовано исследование, которое показало, что вода в лунной магме неотличима от воды в магме. углеродистые хондриты и почти такой же, как у Земли в изотопный состав.[9][10]

Гипотеза гигантского столкновения снова подверглась сомнению в сентябре 2013 года, когда все больше ощущалось, что происхождение Луны более сложное.[нечеткий ][11]

Производные от гипотезы гигантского удара

Хотя гипотеза гигантского удара объясняет многие аспекты системы Земля – Луна, все еще остается несколько нерешенных проблем, таких как неустойчивость Луны. элементы не так истощены, как ожидалось от такого энергетического удара.[12]

Другой вопрос - это сравнение изотопов Луны и Земли. В 2001 году было проведено самое точное измерение изотопные подписи из лунные скалы был опубликован.[4] Удивительно, но Аполлон лунные образцы несли изотопную сигнатуру, идентичную земным камням, но отличную от других тел Солнечной системы. Поскольку считалось, что большая часть материала, вышедшего на орбиту для формирования Луны, пришла из Тейи, это наблюдение было неожиданным. В 2007 году исследователи из Калифорнийского технологического института показали, что вероятность того, что Тейя будет иметь идентичную изотопную подпись, что и Земля, очень мала (вероятность менее 1 процента).[13] Опубликованный в 2012 году анализ изотопов титана в лунных образцах Аполлона показал, что Луна имеет тот же состав, что и Земля,[14] который конфликты с Луной, формирующейся далеко от земной орбиты.

Слияние двух планет

Чтобы помочь решить эти проблемы, новая теория, опубликованная в 2012 году, утверждает, что два тела - каждое в пять раз больше Марса - столкнулись, а затем снова столкнулись, образуя большой диск из смешанных обломков, который в конечном итоге сформировал Землю и Луну.[1] Статья была названа Р. М. Канупом «Формирование Луны земного состава посредством гигантского удара».[1]

Множественные удары

В 2017 году исследователи планет из Институт науки Вейцмана в Реховоте Израиль предложил новую теорию, согласно которой Луна образовалась под сильным дождем из космического мусора, который на протяжении миллионов лет неоднократно обрушивался на зарождающуюся Землю. Они определили, что серия более мелких ударов, которые, вероятно, были более распространены в ранней Солнечной системе, могла вывести на орбиту достаточно земных камней и грязи, чтобы сформировать небольшую луну. Поскольку повторяющиеся удары создавали больше шаров из обломков, лунные световые лучи со временем могли слиться в одну большую луну.[15]

Гипотеза синестии

В 2018 г. исследователи Гарвард и Калифорнийский университет в Дэвисе разработали компьютерные модели, демонстрирующие, что один из возможных результатов столкновение планет в том, что он создает синестия, масса испаренной породы и металла, которая образует двояковогнутый диск выходит за пределы лунной орбиты. В конечном итоге синестия сожмется и остынет, чтобы срастаться со спутником и преобразовывать планету, на которую он нанесен.[16]

Бывшие спутники

Другая возможность заключается в том, что до гигантского удара у Земли был один или несколько нормальных спутников, которые имели общий ее состав. После удара Луна сформировалась ближе к Земле, чем эти спутники, а затем развернулась по спирали, столкнувшись с ними. (Если бы Луна была более массивной, чем другие спутники, ее приливное воздействие на Землю было бы сильнее, заставляя ее вращаться по спирали быстрее.) Это привело к тому, что Луна была покрыта материалом того же состава, что и спутники, и, следовательно, Земля .[нужна цитата ]


Луна - Oceanus Procellarum («Океан бурь»)
Древний рифтовые долины - прямоугольная конструкция (видимая - топография - Градиенты силы тяжести GRAIL ) (1 октября 2014 г.).
Древний рифтовые долины - контекст.
Древний рифтовые долины - крупный план (концепция художника).

Другая гипотеза

Плотность[17]
ТелоПлотность
г / см3
Меркурий5.4
Венера5.2
земной шар5.5
Луна3.3

Захватывать

Эта гипотеза утверждает, что Луна была захвачена Землей.[18] Эта модель была популярна до 1980-х годов, и некоторые аргументы в ее пользу - это размер Луны, орбита и приливная синхронизация.[18]

Одна из проблем - понимание механизма захвата.[18] Близкое столкновение двух планетных тел обычно приводит либо к столкновению, либо к изменению траектории. Для того, чтобы эта гипотеза сработала, могло произойти большое атмосфера вокруг примитивной Земли, что замедлит движение Луны на аэротормоз прежде чем он смог сбежать. Эта гипотеза также может объяснить нерегулярный спутник орбиты Юпитер и Сатурн.[19]

Теория захвата общего донора объясняет изотопное сходство между корой Земли и Луны. В качестве донора был предложен Меркурий, потому что образцы с Земли и Луны падают на одно и то же. фракционирование линия как энстатитовые хондриты которые, как полагают, возникли на Меркурии или в области Меркурия. Изотопы кремния, чувствительные к давлению[20] совпадают с другими изотопами, подтверждая, что минералы на поверхности Луны и Земли возникли под большим давлением, предположительно из недр другой планеты. Ртуть, лишенная большей части своей каменной мантии, является очевидным кандидатом в доноры.[21][22]. Согласно сценарию происхождения Луны недалеко от центра Солнечной системы, Венера является логической ступенькой на пути происхождения нашего спутника и его судьбы.[23][24].

Земля и Луна в масштабе, 500 км на пиксель

Деление

Это уже опровергнутая гипотеза о том, что древняя, быстро вращающаяся Земля выбросила часть своей массы.[18] Это было предложено Джордж Дарвин (сын известного биолога Чарльз Дарвин ) в 1879 г.[25] и сохранил некоторую популярность до Аполлона.[18] Австрийский геолог Отто Амферер в 1925 году также предположил появление Луны как причину Континентальный дрифт.[26]

Было предложено, чтобы Тихий океан представлял шрам этого события.[18] Сегодня известно, что океаническая кора, составляющая этот океанский бассейн, относительно молода, ей около 200 миллионов лет или меньше, тогда как Луна намного старше. Луна состоит не из океанической коры, а из мантийного материала, который зародился внутри прото-Земли в докембрии.[7]

Концентрации тория на Луне, как показано на карте Лунный изыскатель

Аккреция

Гипотеза аккреции предполагает, что Земля и Луна образовались вместе как двойная система из изначальных аккреционный диск из Солнечная система[27] или даже черная дыра.[28]Проблема с этой гипотезой заключается в том, что она не объясняет угловой момент системы Земля-Луна или почему Луна имеет относительно небольшое железное ядро ​​по сравнению с Землей (25% ее радиуса по сравнению с 50% для Земли).[27]

Ядерный взрыв

В 2010 году голландские ученые Роб де Мейер и Вим ван Вестренен предположили, что Луна могла образоваться в результате ядерного взрыва, вызванного центробежной силой ранее вращавшейся прото-Земли. Центробежная сила сконцентрировала бы тяжелые элементы, такие как торий и уран на экваториальной плоскости и на границе между земными внешнее ядро и мантия. Если бы концентрация этих радиоактивных элементов была достаточно высокой, это могло бы привести к ядерной цепной реакции, которая стала сверхкритической, вызвав ядерный взрыв, выбросивший Луну на орбиту.[29][30] Этот естественный ядерный реактор деления наблюдался на Земле в гораздо меньшем масштабе.

Дополнительные теории и исследования

Эволюция Луны видео НАСА около 2012 года.[31]

2011

В 2011 году было высказано предположение, что вторая луна существовала 4,5 миллиарда лет назад, а затем столкнулась с Луной в рамках процесса аккреции при формировании Луны.[32]

2013

Одна из гипотез, представленная только как возможность, заключалась в том, что Земля захватила Луну с Венеры.[33]

2017

Уран-свинцовые датировки из Аполлон 14 циркон фрагменты показывают, что возраст Луны составляет около 4,51 миллиарда лет.[34][35]

2020

Команда исследователей прибора Miniature Radio Frequency (Mini-RF) в НАСА Лунный разведывательный орбитальный аппарат (LRO) космический аппарат пришел к выводу, что недра Луны может быть богаче металлами, такими как железо и титан, больше, чем предполагали ученые.[36]

В июле 2020 года ученые сообщают, что Луна сформировалась 4,425 ± 0,025 млрд лет назад, примерно на 85 миллионов лет раньше, чем предполагалось, и что на ней находилась океан магмы значительно дольше, чем считалось ранее (~ 200 миллионов лет).[37][38][39]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е Лунные ученые НАСА развивают новую теорию образования Земли и Луны
  2. ^ Персонал (7 сентября 2014 г.). «Возвращение к Луне». Нью-Йорк Таймс. Получено 8 сентября, 2014.
  3. ^ Теории образования Луны
  4. ^ а б Wiechert, U .; Холлидей, А. Н .; Ли, Д.-К .; Снайдер, Г. А .; Тейлор, Л. А .; Рамбл, Д. (октябрь 2001 г.). «Изотопы кислорода и гигантское воздействие на луну». Наука. 294 (12): 345–348. Bibcode:2001Sci ... 294..345W. Дои:10.1126 / science.1063037. PMID  11598294. S2CID  29835446.
  5. ^ Скотт, Эдвард Р. Д. (3 декабря 2001 г.). «Изотопы кислорода дают ключ к разгадке образования планет, лун и астероидов». Отчет об исследованиях в области планетарной науки: 55. Bibcode:2001psrd.reptE..55S. Получено 2010-03-19.
  6. ^ Нильд, Тед (сентябрь 2009 г.). "Лунная походка" (PDF). Геологическое общество Лондона. п. 8. Получено 2010-03-01.
  7. ^ а б Чжан, Цзюньцзюнь; Николас Дауфас; Эндрю М. Дэвис; Инго Лея; Алексей Федькин (25 марта 2012 г.). «Протоземля как значительный источник лунного материала». Природа Геонауки. 5 (4): 251–255. Bibcode:2012NatGe ... 5..251Z. Дои:10.1038 / ngeo1429.
  8. ^ Рэндал К. Паниелло; Джеймс М. Д. Дэй; Фредерик Муанье (18 октября 2012 г.). «Изотопные данные цинка для происхождения Луны». Природа. 490 (7420): 376–9. Bibcode:2012Натура.490..376П. Дои:10.1038 / природа11507. PMID  23075987. S2CID  4422136.
  9. ^ Пол Д. Спудис (14 мая 2013 г.). "Земля-Луна: водянистая" двойная планета"". Воздух и космос / Смитсоновский институт. В архиве из оригинала от 07.08.2013.
  10. ^ Saal, A.E .; и другие. (14 июня 2013 г.). «Изотопы водорода в вулканических стеклах Луны и включениях расплава обнаруживают наследие углеродистых хондритов». Наука. 340 (6138): 1317–20. Bibcode:2013Наука ... 340.1317S. Дои:10.1126 / science.1235142. PMID  23661641. S2CID  9092975.
  11. ^ Дэниел Клери (11 октября 2013 г.). "Теория удара разбивается". Наука. 342 (6155): 183–185. Bibcode:2013Наука ... 342..183C. Дои:10.1126 / science.342.6155.183. PMID  24115419.
  12. ^ Дж. Х. Джонс. «ИСПЫТАНИЯ ГИПОТЕЗЫ ГИГАНСКОГО УДАРА» (PDF). Конференция "Происхождение Земли и Луны". Получено 2006-11-21.
  13. ^ Пахлеван, Кавех; Стивенсон, Дэвид (октябрь 2007 г.). «Уравновешивание после столкновения с лунным гигантом». Письма по науке о Земле и планетах. 262 (3–4): 438–449. arXiv:1012.5323. Bibcode:2007E и PSL.262..438P. Дои:10.1016 / j.epsl.2007.07.055. S2CID  53064179.
  14. ^ Титановый тест на отцовство показывает, что Земля является единственным родителем Луны (Чикагский университет)
  15. ^ Роберт Ли Хотц (9 января 2017 г.). «Исследователи предлагают новую теорию происхождения Луны». Wall Street Journal. Получено 9 января, 2017.
  16. ^ Барбузано, Хавьер (1 марта 2018 г.). «Могло ли гигантское столкновение испарить Землю и создать Луну?». Небо и телескоп. Получено 3 марта, 2018.
  17. ^ Образование Луны
  18. ^ а б c d е ж Лунное происхождение. JНеправильная ссылка должна быть научной публикацией
  19. ^ Джевитт, Дэвид; Haghighipour, Nader (2007), "Неправильные спутники планет: продукты захвата в ранней Солнечной системе", Ежегодный обзор астрономии и астрофизики, 45 (1): 261–295, arXiv:astro-ph / 0703059, Bibcode:2007ARA & A..45..261J, Дои:10.1146 / annurev.astro.44.051905.092459, S2CID  13282788
  20. ^ «Земля и Марс отличаются по ядру, как выяснили ученые». ScienceDaily. Получено 2020-09-11.
  21. ^ «Экспланаторий». www.creationtheory.com. Получено 2020-09-11.
  22. ^ Тейлор, Стюарт (1998). Судьба или шанс. Издательство Кембриджского университета: Издательство Кембриджского университета. п. 166. ISBN  0521481783.
  23. ^ «Экспланаторий». www.creationtheory.com. Получено 2020-09-11.
  24. ^ Тейлор, Стюарт (1998). Судьба или шанс. Кембридж: Издательство Кембриджского университета. С. 132–133. ISBN  0521481783.
  25. ^ Мудрый, Д. У. (1966). «Происхождение Луны делением». В Marsden, B.G .; Кэмерон, А. Г. У. (ред.). Система Земля-Луна. Бостон, Массачусетс: Спрингер. С. 213–223. Дои:10.1007/978-1-4684-8401-4_14. ISBN  978-1-4684-8403-8.
  26. ^ Ампферер О. (июль 1925 г.). "Über Kontinentverschiebungen". Naturwissenschaften (на немецком). 13 (31): 669–675. Дои:10.1007 / BF01558835. S2CID  40767867.
  27. ^ а б Образование Луны burro.cwru.edu
  28. ^ Откуда взялась Луна? BBC
  29. ^ https://phys.org/news/2010-01-moon-nuclear-explosion.html
  30. ^ De Meijer, R.J .; Анисичкин, В.Ф .; Ван Вестренен, В. (2013). «Формирование Луны из земного материала, богатого силикатами». Химическая геология. 345: 40–49. arXiv:1001.4243. Bibcode:2013ЧГео.345 ... 40Д. Дои:10.1016 / j.chemgeo.2012.12.015. S2CID  55166272.
  31. ^ GSFC
  32. ^ Ютци, М. (2011). «Формирование нагорья на дальней стороне Луны за счет аккреции спутника-спутника». Природа. 476 (7358): 69–72. Bibcode:2011Натура.476 ... 69J. Дои:10.1038 / природа10289. PMID  21814278. S2CID  84558.
  33. ^ Мы украли нашу луну с Венеры? Наша планета - грязный вор?, Популярная наука, 27.09.2013 в 17:07
  34. ^ Мелани Барбони; Патрик Бёнке; Бренхин Келлер; Иссаку Э. Коль; Блэр Шон; Эдвард Д. Янг; Кевин Д. МакКиган (11 января 2017 г.). «Раннее образование Луны 4,51 миллиарда лет назад». Достижения науки. 3 (1): e1602365. Bibcode:2017SciA .... 3E2365B. Дои:10.1126 / sciadv.1602365. ЧВК  5226643. PMID  28097222.
  35. ^ Вольперт, Стюарт (11 января 2017 г.). «Луна старше, чем думали ученые, - сообщает исследовательская группа под руководством Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе». Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе.
  36. ^ Хегги, Эссам; Palmer, E.M .; Thompson, T.W .; Thomson, B.J .; Паттерсон, Г. (2020). «Объемный состав мелочи реголита на дне лунных кратеров: предварительное исследование МРО / Мини-РФ». Письма по науке о Земле и планетах. 541 (116274): 116274. Дои:10.1016 / j.epsl.2020.116274.
  37. ^ «Исследователи находят более молодой возраст Луны Земли». Phys.org. Получено 16 августа 2020.
  38. ^ "Земля Луна имела океан магмы в течение 200 миллионов лет | Космос". LabRoots. Получено 16 августа 2020.
  39. ^ Морис, М .; Грешить.; Schwinger, S .; Breuer, D .; Кляйне, Т. (1 июля 2020 г.). «Долгоживущий океан магмы на молодой Луне». Достижения науки. 6 (28): eaba8949. Дои:10.1126 / sciadv.aba8949. ISSN  2375-2548. Получено 16 августа 2020. CC-BY icon.svg Текст и изображения доступны под Международная лицензия Creative Commons Attribution 4.0.

внешняя ссылка