частная школа премиум-класса

Происхождение Луны

29.03.2015

pic_1358269804[1]До настоящего времени относительно происхождения Луны были высказаны три основные гипотезы.

1. Гипотеза отделения Луны от Земли на ранних этапах земной истории. Она была предложена Дж. Дарвином, который считал, что Луна отделилась от Земли при очень большом солнечном приливе, когда Земля вращалась с периодом, равным периоду ее собственных колебаний. Однако эта гипотеза несколько противоречила законам небесной механики. В связи с новыми данными по составу лунного материала можно считать, что гипотеза отделения Луны от Земли полностью отпадает.

2. Гипотеза захвата, поддержанная К. Вейцзеккером, X. Альвеном и Г. Юри, допускает, что первоначально Луна была малой планетой, которая при прохождении вблизи Земли в результате притяжения была захвачена и превратилась в спутника. Вероятность такого события мала с точки зрения небесной механики. Однако она предполагает, что имеет место различие земных и лунных пород. Данные по химизму Луны вполне подтверждают это. По мнению М. Ботта, из всех гипотез происхождения Луны гипотеза захвата кажется наиболее верной.

3. Луна и Земля образовались вместе в виде двойной системы из газопылевого облака. О. Ю. Шмидт и его последователи допускают, что Луна и Земля возникли путем объединения и уплотнения рассеянного роя мелких частиц. Но учитывая более низкую плотность Луны относительно Земли, можно предположить, что вещество протопланетного облака разделилось с концентрацией тяжелых элементов в Земле. При этом первой начала формироваться Земля, окутанная мощной атмосферой, относительно обогащенной летучими силикатами. При дальнейшем охлаждении вещество атмосферы сконденсировалось в кольцо планетозималей, из которого образовалась Луна. А. Камерон допускал, что процесс аккреции Земли протекал очень быстро и наша первичная планета нагрелась настолько, что возникла силикатная атмосфера Земли, из которой впоследствии образовалась Луна. Однако гипотеза совместного образования Земли и Луны противоречит селенохимическим и геохимическим данным. Обогащенность материала Луны тугоплавкими элементами и их соединениями и резкое обеднение летучими элементами настолько велики, что Землю и Луну нельзя считать образовавшимися из одной физико-химической системы в ограниченном пространстве. Мы сейчас можем утверждать, что наличие тех или других элементов в телах Солнечной системы является не столько результатом дифференциации и потери из неких родоначальных тел, сколько результатом первичной конденсации, а затем аккумуляции конденсатов.

Следует отметить, что гипотезы о происхождении Луны полностью игнорировали физико-химическую сторону образования планет. Это можно объяснить недостатком космохимических данных в то время, когда эти гипотезы создавались. В настоящее время положение значительно изменилось. Проблема происхождения Луны связана с решением трех вопросов:

  1. как формировалось вещество Луны в первичной туманности в процессе ее охлаждения и конденсации;
  2. как возникло тело лунных размеров;
  3. где происходили конденсация вещества и его последующая аккреция.

При формировании вещества Луны процесс протекал таким образом, что получился избыток тугоплавких литофильных элементов и резкий недостаток летучих халькофильных и других элементов. Хотя мы и не знаем точного состава Луны во всем ее объеме, но рассмотрение петрографических и селенохимических данных свидетельствует о том, что указанное соотношение между химическими элементами охватывает значительную часть лунной массы.

Термохимические расчеты последовательности конденсации веществ из туманности солнечного состава, проведенные разными авторами, определенно указывают, что первоначально выделились тугоплавкие нелетучие элементы и их соединения, а затем все более летучие. Эта последовательность подтверждается минеральным и химическим составом большинства метеоритов. Поскольку Луна в значительной степени сложена тугоплавкими элементами и их соединениями, то нетрудно заключить, что первые конденсаты высокотемпературной фракции представляли собой исходный материал для построения Луны.

Низкое содержание железа в Луне по сравнению с земным, солнечным и метеоритным порождает вопрос относительно механизма металл-силикатного фракционирования в солнечной туманности. Очевидно, прав Д. Андерсон, высказывая идею о том, что тело Луны сложено теми элементами и их соединениями, которые конденсировались раньше железа, энстатита и оливина, а летучие элементы поступали в малых количествах и только на последних стадиях аккреции. Луна, вероятно, аккумулировалась в более широких температурных интервалах, чем белые включения в метеорите Альенде.

Известно, что последовательность конденсации веществ из солнечной туманности зависит от температуры и давления. Давление здесь изменялось в зависимости от гелиоцентрического расстояния и высоты над средней плоскостью. Конденсационные интервалы температур перекрываются для железа и форстерита при высоких давлениях и расходятся при низких. В связи с этим возникает вопрос об области конденсации лунного вещества и его аккреции — вопрос в настоящее время дискуссионный. По мнению Д. Андерсона, аккреция при конденсации объясняет различие между Землей и Луной, если они сформировались на одинаковом расстоянии от Солнца. Однако Земля образовалась в средней плоскости туманности, где имели место высокие давления, а Луна — за ее пределами. Первоначально Луна имела очень наклонную орбиту, которая лишь впоследствии изменилась, приблизившись к эклиптике, под приливным воздействием и воздействием торможения окружающего газа. Земля аккумулировалась больше чем на 50% до образования Луны и получила большую часть оставшегося железа и конденсатов, так как все время находилась в средней плоскости.

Дж. Фремлин выступил с критикой представлений Д. Андерсона о месте и способе формирования Луны, отметив, что в начале конденсации в области низкого давления (вдали от средней плоскости) возникавшие там твердые частицы падали в оставшийся газ в область высокого давления (средняя плоскость). У средней плоскости любые тяжелые частицы быстро сгущались, а затем падали на растущую Землю.

По С. Зингеру и Л. Бандерману, Луна аккумулировалась за пределами земной орбиты как отдельная планета и в дальнейшем была захвачена Землей. Если действительно Луна состоит из более тугоплавких веществ, чем Земля, то можно допустить, что Луна формировалась вблизи Солнца в условиях высоких температур. Согласно этому возникновение Луны внутри орбиты Меркурия из конденсирующегося высокотемпературного материала вполне правдоподобно. Вблизи Солнца конденсирующийся материал долго сохранял высокую температуру, что способствовало его слипанию и аккреции. Сильное давление солнечных лучей не пропускало газовые компоненты, не успевшие сконденсироваться в твердые частицы. Образованием Луны вблизи Солнца и последующим ее удалением от этого места можно объяснить аномально высокий эксцентриситет орбиты Меркурия, достигающий 0,206. Условия в первичной солнечной туманности были благоприятными для того, чтобы при орбитальных радиусах Луны и Меркурия между ними возникло гравитационное взаимодействие, вызвавшее изменение первоначальных орбит. Если измененная орбита Луны была достаточно вытянутой, то первичная Луна могла приблизиться к Земле и тогда гравитационный захват Луны Землей становится возможным. Согласно расчетам А. Камерона, балансы энергии смещения первоначальной круговой орбиты Меркурия и круговой орбиты Луны при переходе ее к Земле совпадают, если первоначальная круговая орбита Луны имела радиус 0,28 а.е. Результаты этих расчетов следует рассматривать как приближенные. Если орбитальные изменения произошли перед тем, как примитивная солнечная туманность рассеялась, расчеты должны быть модифицированы. После диссипации первичной туманности Солнце было более массивным, чем сейчас. Это обстоятельство будет изменять числа, но не относительный порядок величин.

Земля в ее современном составе, вероятно, возникла после диссипации газов из первичной туманности. Ввиду малой распространенности летучих элементов на Луне захват Луны Землей, вероятно, не мог случиться до тех пор, пока процесс выпадения твердых частиц с примесью летучих на Земле не закончился полностью. Таким образом, гипотеза близкого околосолнечного происхождения Луны с последующим изменением орбиты и захватом ее Землей, а также изменением первоначально круговой орбиты Меркурия, представляется нам как весьма вероятная. Однако она требует подтверждения. По С. Ранкорну и Г. Юри, остаточный магнетизм Луны, обнаруженный экспедициями кораблей «Аполлон», мог быть приобретен ею, как только она возникла в сфере сильного магнитного поля первичного Солнца.

В настоящее время мы можем отметить, что эволюция и образование Луны совершались другими путями, чем становление и развитие Земли.

Источник: http://www.activestudy.info/

Похожие статьи