Селена, Ях, Син — все это имена Луны, спутника, встречающего нас в ясные ночи. Самой популярной героини описаний ночной природы в лирике и частого гостя на полотнах художников.
Люди с древнейших времен задавались вопросами: что она такое? Как образовалась Луна? Почему мы всегда видим только одну ее сторону? Почему лунный день длится как один земной месяц? В этом материале мы собрали ответы на главные вопросы о единственном внеземном объекте, на который ступала нога человека.
14 мая 2020
Согласно теории «гигантского столкновения» (или модели ударного формирования), у молодой Земли не было Луны. В какой-то момент в ранней истории нашей планеты гипотетическая планета Тейя, размером с Марс или чуть более, столкнулась с Землей. Мгновенно большая часть массы Тейи и значительная часть Земли испарились. Облако поднялось на высоту более 22 000 км, где сконденсировалось в неисчислимые твердые частицы, которые, вращаясь вокруг Земли, собирались во все более крупные объекты, и в итоге слились воедино в Луну. Измеряя возраст образцов лунного грунта, мы знаем, что Луне около 4,6 миллиарда лет, или примерно столько же, сколько Земле. Расстояние между Землей и ее Луной составляет в среднем 384 000 километров. Диаметр Луны — 3476 километров. Масса Луны составляет примерно одну восьмую массы Земли. 
Снимок в полнолуние, сделанный 10-22-2010 из Мэдисона, штат Алабама, США. Снято на телескопе Celestron 9.25 Шмидта-Кассегрена. Gregory H. Revera – собственная работа, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=11901243
Вращение Луны — время, необходимое для вращения вокруг своей оси — занимает столько же времени, сколько и вращение вокруг орбиты Земли — около 27,3 суток. Это означает, что вращение Луны синхронизировано таким образом, что Луна постоянно повернута к нам одной и той же своей стороной. Обратная сторона Луны (или темная сторона) была сфотографирована только с космического аппарата.
Луна вращается вокруг Земли со средней скоростью 3700 километров в час.
Гравитационное притяжение Луны на Земле является основной причиной приливов и отливов океанских вод. Вращение Земли вызывает два прилива и два отлива каждый день.
Безвоздушная лунная поверхность нагревается на солнце до 117 градусов по Цельсию в течение двух недель (лунный день длится около месяца). Затем, в течение такого же периода, пространство находится в темноте. Темная сторона охлаждается до −169 градусов по Цельсию.
Камни и почва, принесенные миссиями Аполлона, чрезвычайно сухие: у Луны нет местной воды. Тем не менее, Луна бомбардируется кометами и метеоритами. Большая часть воды с них теряется в космосе, но часть попадает в затененные области вблизи обоих полюсов Луны. В январе 1959 года небольшой советский аппарат «Луна-1» стал первым космическим кораблем, достигшим второй космической скорости. Он же стал первым искусственным спутником Солнца. Хотя «Луна-1» не достигла поверхности Луны, как предполагалось, космический корабль пролетел на расстоянии около 6500 километров от нее. Его набор научного оборудования впервые показал, что на Луне нет магнитного поля. Позже, в 1959 году, «Луна-2» стала первым космическим кораблем, который достиг поверхности Луны. Третья лунная миссия впоследствии сделала первые размытые снимки обратной стороны нашего спутника.
Первое изображение, переданное АМС «Луна-3», показывающее обратную сторону Луны
В 1966 году советский космический корабль «Луна-9» стал первым аппаратом, благополучно совершившим мягкую посадку на поверхности спутника. Небольшой корабль был снабжен научным и коммуникационным оборудованием и сфотографировал лунную панораму. «Луна-10» была запущена позднее в том же году и стала первым космическим кораблем, который успешно облетел Луну.
В 1961 году Джон Ф. Кеннеди обязал Соединенные Штаты высадить человека на Луну до завершения десятилетия. Программа «Аполлон» была разработана для безопасной отправки людей на Луну и обратно.
В 1966 и 1967 годах НАСА запустило пять миссий «Лунный орбитер», которые были предназначены для облета Луны и составления карты ее поверхности для подготовки к последующим посадкам с экипажем. Эти орбитальные аппараты сфотографировали около 99 процентов поверхности Луны и предоставили фотографии потенциальных мест высадки.
Снимок кратера Уэбб, «Лунар орбитер-1», август 1966 г.
20 июля 1969 года Нил Армстронг и Эдвин «Базз» Олдрин стали первыми людьми, ступившими на поверхность Луны, когда их посадочный аппарат «Аполлон-11» приземлился в Море Спокойствия. Весь мир запомнил слова Армстронга: «Один маленький шаг для человека и огромный скачок для человечества».
Услышать знаменитые слова можно на сайте NASA.
Эдвин Олдрин на поверхности Луны в 1969 году
«Аполлон-16» и «Аполлон-17» в 1972 году были последними двумя полетами на Луну с экипажем, а советский космический корабль «Луна-24» в 1976 году был последним приземлившимся на лунную поверхность до следующего столетия. Образцы, собранные во время этих лунных исследований, дали нам огромное количество знаний о геологии и образовании лунной поверхности.
Возвращение на Луну не стояло на переднем крае космических программ на протяжении десятилетий. По словам эксперта по космической политике Джона Логсдона, нет никаких научных причин возвращаться на Луну — миссии Аполлона уже собрали 382 килограмма лунных камней, некоторые из которых до сих пор не проанализированы.
Недавний и будущий статус исследования Луны
- Недавние достижения в изучении Луны связаны с китайскими и израильскими космическими программами.
- В 2013 году, спустя 37 лет после последнего успешного прилунения, китайский луноход Юйту достиг поверхности Луны.
- В январе 2019 года китайский посадочный аппарат Chang’e-4 приземлился на противоположной стороне Луны, став первым космическим кораблем, который когда-либо сделал это.
Панорама посадочной площадки Чанъэ-4 на обратной стороне Луны 15 февраля 2019 года. CNSA, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=76915371
В апреле 2019 года израильский космический корабль «Берешит» облетел вокруг Луны, но потерпел крушение при попытке приземлиться. Несмотря на то, что он потерпел неудачу при посадке, его успешный запуск с частной ракеты SpaceX считается значительным достижением.
Если говорить о будущем лунных экспедиций, то Генеральный директор Amazon Джефф Безос и его космическая компания Blue Origin объявили о проекте создания лунной базы, где люди будут работать и жить. Ракета New Glenn может совершить свой первый полет уже в 2021 году, поддерживая цель НАСА по возвращению человека на Луну к 2024 году.
Эволюция системы Земля – Луна
В системе Земля – Луна оба
тела воздействуют друг на друга, вызывая приливы и отливы, изменяя периоды
вращения этих тел и увеличивая расстояния между ними. Это приводит к изменению
длительности суток и годов на Земле и преобразованию приливной энергии в
тепловую. За счет приливных сил напарница Земли – Луна – обращена к своей более
массивной соседке все время одной
стороной. Это явление свойственно и многим другим близкорасположенным спутникам
Юпитера, Сатурна и других планет. Вокруг Земли Луна движется со скоростью 1
км/с.
Приливное действие Луны
ведет к замедлению вращения нашей планеты и к ускорению движения Луны на
орбите, что в итоге ведет к удалению
ее от Земли. В прошлом, как уже отмечалось, Луна была значительно ближе к
Земле. Большинство планетологов в настоящее время считают, что Луна
сформировалась около Земли 4,55 млрд лет назад на расстоянии 5…20 радиусов
Земли.
Российская исследовательница Е.Л. Рускол отмечает, что при расположении
Луны на расстоянии 10 земных радиусов или порядка 60 тыс. км длительность
земных суток составляла 5…7 ч. Продолжительность земного года в соответствии с
астрономической теорией устойчивости планетных движений (см. п. 2.5) в тот
период была такой же, как и в настоящее время, то есть 365,24 · 24 = 8766 ч.
Таким образом, суткам, состоящим из 6 ч, будет соответствовать длительность
года, равная 1461 таких суток. Астрономы CША и Англии на основе
расчетов пришли к выводу, что 4 млрд лет назад Луна находилась на расстоянии
128 тыс. км от Земли, то есть в 3 раза ближе, чем сейчас, а земные сутки
равнялись 8 ч.
Есть и иные точки зрения по поводу положения Луны на орбите, о
чем расскажем далее.
Об изменении длительности
земных суток и года в последующие эпохи исследователям удалось узнать на основе
изучения древних окаменелых водорослей, двустворчатых моллюсков и кораллов, в
строении которых обнаружены суточные и годовые наросты. Автором этой книги по
этим данным построены графики, показанные на рис. 1.1. Из них видно, что в
первые 2,5 млрд лет изменения длительности суток и года происходили медленно, а
в течение последних 2 млрд лет – более интенсивно.
Рис. 1.1. Изменение со временем длительности земных 
Рис. 1.2. Изменение со временем расстояния от Луны до Земли: 1 – по автору;
2 – по О.Г. Сорохтину и С.А. Ушакову
А.Б. Биндером (Германия)
аналогичные данные использованы для определения
расположения Луны по
отношению к Земле
в прошлом (рис. 1.2).
На нем показана
и кривая, рассчитанная
О.Г. Сорохтиным и С.А. Ушаковым с учетом различных
гипотетических данных о физических свойствах нашей планеты.
Из этого рисунка видно, что
кривые резко различаются. Пользуясь этими кривыми, автор настоящей книги
рассчитал скорость удаления планет друг от друга (рис. 1.3).
Из этого рисунка
также видно, что на одной кривой наблюдается один максимум, а на другой – три
максимума.
Наличие максимума на кривой 1
в интервале 1,5…2,5 млрд лет назад, по мнению автора, связано с приливным
возмущением жидкого ядра Земли.
Рис. 1.3. Изменение со временем скорости удаления Луны от Земли:
1 – по автору; 2 – по О. Г. Сорохтину и С.А. Ушакову
И.Б. Иванов и другие
болгарские геофизики показали, что на жидкую оболочку ядра Земли оказывают
воздействие длиннопериодные лунно-солнечные волны. Это явление, по их мнению,
приводит также к горизонтальным и вертикальным перемещениям литосферных плит,
из которых сложена земная кора.
По-видимому, эти силы в период 1,5…2,5 млрд лет
назад и приводили к более быстрому удалению Луны от Земли. Есть и еще одна
точка зрения. Российский астроном Е.П.
Левитан отмечает, что в указанное время
Луна располагалась от Земли на расстоянии всего лишь трех земных радиусов или
примерно 20 тыс. км.
И с этого периода Луна стала вращаться вокруг Земли по
направлению ее суточного вращения, а до этого Луна вращалась, по его мнению, в
обратном направлении. В период расположения Луны в 20 тыс. км от Земли, как
отмечает Е.П. Левитан, морские приливы достигали высоты нескольких километров.
О.Г. Сорохтин и
С.А. Ушаков отмечают, что первый этап экстремального удаления Луны от Земли
обусловлен сильным влиянием приливных сил планет (см. рис. 1.3).
Второй
максимум, по их мнению, связан с началом формирования вязкой оболочки Земли или
астеносферы, сравнительно быстро превращавшейся в “магматический
океан” верхней мантии, а третий максимум небольшой амплитуды – с подъемом
поверхности океана до среднего уровня континентальных шельфов.
Гравитационное
поле Луны, воздействуя на Землю, приводит к образованию приливных волн не
только в морях и океанах, но и в твердой оболочке планеты, лишенной океанов.
Так, после образования Луны, когда она располагалась вблизи Земли, величина
приливных волн в теле Земли превышала 1,5 км, что приводило к мощным
землетрясениям. Однако через 1 млн лет удалившаяся Луна стала меньше влиять на
Землю.
Лунные приливы к этому времени снизились до 130 м, а спустя еще 10 млн
лет – до 45 м, через 100 млн лет – до 15 м. Ко времени 4 млрд лет они
уменьшились до 7 м, а в настоящее время земная кора под их влиянием в средних
широтах поднимается примерно на 45 см. Воспользовавшись кривой 2 (см. рис.
1.
3), автор рассчитал длительность земных суток, спустя 1 и 1,5 млрд лет. Они
станут равными 26,9 и 27,53 ч соответственно, им будет отвечать длительность
года 325,86 и 318,36 таких суток. Из этого следует, что длительность суток и
года изменится не очень существенно.
По поводу удаления Луны от
Земли существуют и другие гипотезы. Так, американский исследователь Т. Ван
Фландрен связывает эту причину с ослаблением всемирного тяготения. Это явление
должно также приводить к расширению Земли, Луны и других планет.
Прекрасным
объектом для выяснения этого вопроса служит сама Луна, тектонические процессы
на которой, по мнению многих планетологов, прекратились 1…3 млрд лет назад.
В
результате изучения датированных лунных структур исследователи пришли к
заключению, что за последние 4 млрд лет радиус Луны не менялся с точностью ±1
км. Из этого следует, что радиус Земли за указанное время не мог существенно
увеличиться за счет ослабления сил тяготения.
Отсюда также вытекает, что
скорость изменения гравитационной постоянной не могла превышать 5 · 10-9 %
в год и, следовательно, не могла оказывать существенное влияние на скорость
удаления Луны от Земли.
При вращении вокруг Земли по
эллиптической орбите Луна за полный оборот, длящийся 27,3 суток, подходит в
перигее к нашей планете на расстоянии 357000 км и удаляется от нее в апогее на
407000 км. Естественно, в перигее приливное воздействие Луны на Землю
возрастает, а в апогее снижается.
Кроме того, дважды в течение синодического месяца, равного
29,5 суток, Земля, Луна и Солнце выстраиваются в одну линию, что приводит к
возникновению наиболее мощных приливов. В связи с этим еще в ХIХ веке Перрей пришел к выводу о
том, что вероятность землетрясений возрастает в периоды перигея, новолуний и
полнолуний.
В эти периоды сильнее горбится океан, изгибаются и чаще лопаются
пласты горных пород.
Плоскость, в которой Луна
вращается вокруг Земли, совершает полный оборот за 18,6 год, меняя наклон к
нашему экватору от 18°40′ до 28°40′. Это явление получило название нутации.
С
таким же периодом меняются частота землетрясений, высота приливов, течений в
океанах, появление засух на Земле и т.д.
Так, на основе статистической
обработки результатов наблюдений установлено, что именно в годы максимальных и
минимальных склонений чаще проявляются на Земле землетрясения и вулканизм.
Российский
геофизик Ю.Н. Авсюк (г.
Москва) показал, что за счет приливных явлений в
системе Земля – Луна наблюдается колебательный режим, связанный с галактической
цикличностью, при котором скорости движения Луны и вращения Земли периодически
изменяются: при возрастании скорости движения Луны скорость вращения Земли
уменьшается и наоборот.
За
последнее время амплитуда прихода – ухода Луны меняется пределах 7…8 радиусов
Земли или 44 646…51 024 км, длительность сидерического лунного месяца – в
пределах 24…30 сут, продолжительность земных суток – в диапазоне 23 ч 50 мин…24
ч 10 мин, наклон экватора к эклиптике – в пределах 10°.
За последний
галактический год Луна дальше всего была от Земли 160 млн лет назад, а ближе
всего к Земле – 40 млн лет назад, и через
40 млн лет Луна вновь будет находиться на более далекой орбите. В такие периоды
в мантии Земли начинается перетекание вещества с глубин до 700 км.
В земной
коре при этом возникают упорядоченные трещины. В итоге поступающий из мантии
расплав уничтожает намагниченность горных пород (и магнитную аномалию)
возрастом 160 млн лет и т.д. Таким образом, исчезновение пород с более древними
магнитными свойствами Ю.Н. Авсюк объясняет их размагничиванием, а не явлением
субдукции, то есть опусканием пород в мантию и расплавлением там.
Естественно,
сокращение указанного среднего расстояния между Землей и Луной на 45…51 тыс. км
приводит к резкому возрастанию приливных сил и катаклизмов на планете.
В настоящее время за счет приливного лунного трения и
других факторов длительность земных суток возрастает примерно на 0,002 с за 100
лет, и за последние 4 тыс. лет они увеличились на 0,07 с. За счет этого фактора
происходит смещение суток примерно на 1 ч за 1000 лет.
Не подозревая об этом
явлении, историки науки долго недоумевали, почему не совпадают во времени
расчетные данные солнечных и лунных затмений, найденных в записях древних
народов Египта, Китая, Ассирии и Вавилона.
И только благодаря открытию
указанного эффекта удалось понять это явление.
Related posts:
Луна могла сформироваться из выплеснувшейся на орбиту земной магмы • Новости науки
Принято считать, что Луна образовалась в результате столкновения с Землей другого небесного тела размером с Марс. Однако в рамках этой популярной гипотезы невозможно объяснить сходство изотопного состава земных и лунных пород, указывающее на происхождение их по большей части из одного материала. Построенная японскими учеными модель, основанная на предположении о том, что в момент столкновения поверхность Земли была не твердой, а покрытой океаном магмы, снимает это противоречие. Результаты численного моделирования говорят о том, что при столкновении жидкая магма, покрывающая Землю, частично выплескивается на орбиту и составляет большую часть вещества, из которого затем сформируется Луна.
Согласно наиболее популярной гипотезе, Луна образовалась примерно 4,5 млрд лет назад в результате столкновения с Землей гипотетической протопланеты Тейя. Впервые эта гипотеза была сформулирована в 1975 году американскими астрономами Уильямом Хартманном и Дональдом Дэвисом (W.
K. Hartmann, D. R. Davis, 1975. Satellite-sized planetesimals and lunar origin). Ее часто так и называют — гипотезой гигантского столкновения (Giant-impact hypothesis). Наблюдаемый сейчас угловой момент системы «Земля — Луна» говорит о том, что удар приходился по касательной.
Расчеты показывают, что при таком столкновении Луна должна была бы на 60% состоять из материала Тейи, однако на самом деле вещество Луны (по крайней мере то, которое доступно ученым для изучения) имеет очень близкое сходство с материалом Земли. В частности, в лунных образцах, доставленных на Землю в рамках миссии «Аполлон», соотношение изотопов кислорода почти такое же, как у вещества земной мантии, а изотопные отношения титана полностью совпадают с земными.
Это несоответствие — главная причина неприятия гипотезы гигантского столкновения многими учеными-планетологами.
В то же время эта гипотеза лучше любых других (например, гипотезы одновременного формирования Луны и Земли или гипотезы множественных столкновений) объясняет физические и геохимические характеристики системы «Земля — Луна»: угловой момент, наклон земной оси, а также размер Луны и ее состав. Объясняет она и отсутствие у Луны богатого железом ядра: в рамках этой гипотезы предполагается, что спутник Земли сформировался в основном из выброшенного при ударе более легкого вещества мантии Земли и столкнувшегося с ней тела, в то время как тяжелое ядро этого тела погрузилось и слилось с ядром Земли. В итоге возникает противоречие между механикой гигантского столкновения и изотопными подписями в химическом составе двух небесных тел.
Группа японских ученых во главе с Нацуки Хосоно (Natsuki Hosono), математиком и планетологом из Агентства морских и геологических наук и технологий Японии (Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology), создала новую компьютерную модель гигантского столкновения, снимающую это противоречие. Результаты моделирования опубликованы в журнале Nature Geoscience.
Авторы исследования показывают, что всё встает на свои места, если допустить, что на момент столкновения поверхность Земли не была твердой (а именно из этого исходили ученые, строившие модели катаклизма до этого; см., например, R. M. Canup, 2004. Simulations of a late lunar-forming impact и W. Benz et al., 1986.
The origin of the moon and the single-impact hypothesis I), а была полностью покрыта океаном расплавленной магмы. Ударное же тело (Тейя) было при этом полностью твердым.
Проведенное моделирование показало, что при таком допущении — даже в случае столкновения по касательной — именно жидкая магма земного происхождения составит основной объем материала, выброшенного в околоземное пространство (рис. 2).
Гипотезы о том, что на ранних этапах своего становления Земля была полностью покрыта океаном магмы, выдвигались и раньше (см. L T. Elkins-Tanton, 2012. Magma Oceans in the Inner Solar System и L. Schaefer, L T. Elkins-Tanton, 2018.
Magma oceans as a critical stage in the tectonic development of rocky planets), однако геологических подтверждений того, что в истории Земли действительно был такой период, не сохранилось.
А провести моделирование, чтобы хотя бы численно проверить возможность образования Луны из «жидкой» Земли, до недавнего времени было проблематично из-за отсутствия алгоритма и необходимых компьютерных мощностей.
Заслуга группы Нацуки Хосоно в том, что они, используя для моделирования (так же как и их предшественники) принцип гидродинамики сглаженных частиц (вычислительный метод, используемый для моделирования динамики жидкости и газов, построенный на делении жидкости на дискретные элементы, называемые «частицами»), написали специальный код для моделирования градиента плотности вещества, а также предложили алгоритм использования внешних вычислительных устройств, позволивший существенно ускорить вычисления.
Из результатов моделирования видно, что после столкновения «частицы» магмы нагреваются и, частично переходя в газообразное состояние, увеличиваются в объеме гораздо сильнее, чем твердые «частицы», образовавшиеся при разрушении Тейи, и именно они составляют основной объем выброшенного на орбиту Земли материала. Это, по мнению исследователей, хорошо объясняет, почему по геохимическим признакам состав нашего спутника гораздо ближе к земному материалу, чем к материалу ударного тела. Предыдущие же модели не учитывали разную степень нагрева и объемного расширения вещества Земли и Тейи при столкновении.
При этом, как показывают результаты моделирования, со временем масса «частиц» земного материала в выброшенном облаке будет только увеличиваться, и к моменту оформления на орбите Земли протопланетного облака Луны (через 40 часов после столкновения) соотношение в нем массы земного вещества и вещества Тейи составит примерно 80/20 (рис. 3).
Авторы отмечают, что разработанная ими модель не только подтверждает гипотезу гигантского столкновения, но и освобождает ее от многих ограничений, связанных со скоростью ударного тела и углом столкновения, которые необходимо было закладывать в предыдущие модели гигантского столкновения для получения необходимых параметров механики столкновения.
Объясняет новая модель и обогащенность лунной коры железом по сравнению с земной корой (при том что в целом железа в составе Земли намного больше, чем на Луне, — оно сконцентрировано в земном ядре): поскольку столкновение произошло на самой ранней стадии формирования Земли, когда мантия еще находилась в расплавленном состоянии и процессы дифференциации вещества в ней еще не завершились, то в океане магмы, покрывавшем поверхность планеты, железа было значительно больше, чем сейчас.
Несмотря на то что новая модель предполагает наличие в составе материала, из которого сформировалась Луна, до 80% земного вещества, даже этого может оказаться недостаточно, поскольку изотопный состав кислорода в породах Земли и Луны настолько близок, что допускает лишь минимальное присутствие в составе Луны какого-то другого материала, кроме земного. Так что вопросы еще остаются.
Источник: Natsuki Hosono, Shun-ichiro Karato, Junichiro Makino, Takayuki R. Saitoh. Terrestrial magma ocean origin of the Moon // Nature Geoscience. 2019. DOI: 10.1038/s41561-019-0354-2.
Владислав Стрекопытов
Луна и гипотеза уникальной Земли
Считают, что появление Луны сыграло ключевую роль в зарождении жизни на Земле.
Если к этому добавить особенности положения в галактике солнечной системы, подходящие характеристики звезды, металличность системы, удачное расположение Земли, ее состав, наличие воды – всего того, без чего образование сложных органических веществ было бы невозможным, то появление жизни кажется почти невероятным. Повезло так повезло!
Эту чрезвычайно малую вероятность описывает гипотеза уникальной Земли. Она объясняет парадокс Ферми – почему мы не наблюдаем следов инопланетной жизни, хотя за миллиарды лет хоть какие-нибудь ее следы хоть откуда-нибудь уже должны были бы до нас дойти.
Поскольку в физике мы не сильны, чтобы убедиться или разочароваться в нашей уникальности, давайте вернемся к Луне и на ее примере рассмотрим как нам кажется случайные невероятности, которые в совокупности привели к появлению жизни.
Предполагают, что в начале Катархея, то есть около 4.5 миллиардов лет назад, Земля столкнулась с Тейей – планетой разметом с Марс. Если бы удар пришелся под более прямым углом, произошло бы разрушение обоих планет. Однако удар пришелся по касательной. Повезло 1!
В результате столкновения на околоземную орбиту были выброшены части вещества Земли и Тейи. Это была более легкая материя обоих планет. Тяжелое ядро Тейи осталось и присоединилось к земному железному ядру. Если бы ядро не стало столь крупным, вероятно магнитного поля планеты было бы недостаточно, чтобы защитить живые организмы от солнечной радиации. Повезло 2!
В свою очередь недостаток легких материалов на поверхности Земли привел к наличию разных по составу материковой и океанической коры. Наша кора не монолитна, составляющие ее литосферные плиты смещаются. Благодаря тектоническим подвижкам происходили извержения вулканов, которые выбрасывали на поверхность углерод – основной химический элемент живого. Повезло 3!
Удар Тейи наклонил ось вращения Земли, из-за чего на планете появились времена года. Насколько это важно для зарождения жизни, сложно сказать. Более важно, что Луна, став крупным спутником, стабилизировала нашу ось. Видимо это предотвратило резкие изменения климата на планете, что мешало бы появлению жизни. Повезло 4!
Спутник такого размера защитил Землю от частого падения астероидов, которые не дали бы жизни развиваться. Но в то же время позволил им иногда падать, что гипотетически приводило к массовым вымираниям и новым рывкам эволюции, когда появлялись более сложные организмы. Повезло 5! И это еще не все.
Итак, мы видим, сколько полезных для жизни событий повлекло столкновение с Тейей. Исключи мы хотя бы одно, жизнь возможно никогда бы не появилась или не развилась до нашего уровня. Однако, если присмотреться к этим событиям, разве они случайны?
Скорее все они логически взаимосвязаны, опосредованы, являются следствием одного из другого. Пусковым же событием для этих причинно-следственных изменений стало столкновение планет.
Тогда весь вопрос сводится к тому, случайно ли было это столкновение планет, насколько оно уникально и маловероятно? Согласно одной из гипотез, не настолько. На орбитах ряда планет могут формироваться вторые планеты, которые падают на более крупные. Причем видимо на малой скорости и по касательной. То есть все как надо.
Вероятность же образования такой звездной системы как наша солнечная хоть и мала, но вполне вероятна. Вероятность расположения звездной системы в удачном месте галактики еще выше. Наличие подобной галактики как наша наверное совсем заурядность.
В физике есть понятие “тонкая настройка Вселенной”. Оно отражает странность, связанную с физическими константами (скорость света, масса электрона и др.), значения которых строго определены. Если бы значения этих нескольких констант были хоть немного другими, не было бы атомов, звезд, планет и как следствие жизни.
Можно сделать вывод, что именно константами определилось все причинно-следственное развитие Вселенной, а значит жизнь – не случайное, а закономерное явление.
Над вопросом, почему эти константы имеют такие удачные значения для развития всего и вся, физики гадают. Разные гипотезы исходят из того, что константы также не являются данностью, они как и жизнь – лишь следствие чего-то еще более фундаментального.
Луна. Спутник Земли
Луна является единственным естественным спутником Земли. И единственным внеземным телом, которое посетили люди — всего 12 человек на борту шести миссий «Аполлон». Это произошло в период с июля 1969 года по декабрь 1972 года. Также Луна была и является местом работы многочисленных роботизированных зондов.
Спутник Земли — Луна
В результате работы «Аполлонов» и выполнения лунных программ СССР на Землю было доставлено 382 кг лунной породы. Кроме того, на Земле найдено несколько лунных метеоритов. Большинство из этих образцов имеют возраст от 4,6 до 3 миллиардов лет.
Но есть одно исключение — лунный метеорит, возраст которого оценивается в 2,8 миллиарда лет. Все они содержат ценную информацию о ранней истории Солнечной системы. Эти следы трудно найти на Земле из-за тектонической активности.
А также присутствия мощной атмосферы в последние 3,8 миллиарда лет.
Луна необычайно велика по сравнению с размером своего «хозяина» (в этом отношении первенство только у Харона). Толщина ее коры в среднем составляет 68 километров.
Она тоньше на ближней стороне к Земле. И имеет практически нулевую толщину под Mare Crisium (Море Кризисов). Ниже коры есть мантия. И, вероятно, небольшое ядро.
Оно имеет около 340 километров в радиусе и содержит около 2% лунной массы.
Центр массы Луны смещен от геометрического центра примерно на 2 километра по направлению к Земле.
Насколько велика Луна по сравнению с Землей?
Диаметр Луны составляет 3474 километра, а Земли — 12 800 километров. Это значит, что Земля имеет диаметр в 3,68 раза больше, чем Луна. Площадь поверхности Земли примерно в 13 раз больше, чем у Луны (которая примерно имеет площадь равную площади поверхности Африки). Внутри Земли может поместиться примерно 50 Лун. Масса Луны в 81 раз меньше, чем у Земли.
Происхождение Луны и ее ранняя история
Происхождение Луны остается предметом дебатов. До недавнего времени широко распространенное мнение заключалось в том, что она сформировалась более 4,5 миллиарда лет назад. Строительным материалом для нее стали обломки, появившиеся при столкновении Земли с телом, имеющим размеры, близкие к размерам Марса. Этот гипотетический объект ученые называют Theia.
В 2012 году эта теория была поставлена под сомнение в результате компьютерных расчетов, которые показали, что воздействие должно было произойти с участием гораздо большего и быстрее движущегося объекта.
Только более крупный объект мог бы нанести Земле такой удар, который отделил бы часть нашей планеты, впоследствии образовавшую Луну из расплавленных обломков.
При этом сценарии очень незначительно влияние, оказываемое ударяющим объектом на вещество Луны объясняет интересный факт — некоторые изотопные отношения (в частности, кислорода и титана) в материале лунной поверхности почти идентичны тем, что найдены в земных породах.
Лунные моря
Внешние слои Луны, первоначально расплавленные и содержащие глобальный «океан магмы», охлаждались с образованием пород в течении 4,5 млрд. лет. Их следы можно наблюдать сейчас в лунных нагорьях. Эти древние изверженные породы, известные как анортозиты, богаты силикатным минеральным плагиоклазом. Именно они придают лунным возвышенностям характерный светлый цвет.
После формирования Луны последовала интенсивная бомбардировка ее поверхности метеоритами. Она вызвала обширное разрушение и фрагментацию коры. Около 4 миллиардов лет назад Луна испытала ряд катаклизмов, которые образовали бассейны, называемые морями.
Последующая вулканическая активность, произошедшая примерно от 4 до 2,5 миллиарда лет назад, затопила эти бассейны расплавленной лавой. С течением времени она охладилась и затвердела с образованием темного базальта. С того времени Луна мало изменилась.
За исключением случайных воздействий на ее поверхность метеоритов или комет.
Геологическая активность на Луне
Луна имеет некоторую геологическую активность. Приборы, оставленные на лунной поверхности астронавтами миссии «Аполлон», зафиксировали небольшие сейсмические события. Они известны как «лунотрясения». Происходят они на глубинах в несколько сотен километров.
Возможно их вызывают приливные напряжения, возникающие из-за гравитационного притяжения Земли. Кроме того, поступало много сообщений о процессах, называемых переходными лунными явлениями.
Наиболее необычное из них наблюдал Кен Маттингли, пилот командного модуля «Apollo-16», который сообщал о появлении вспышек света на обратной стороне Луны.
Концентрации массы, или масконы, связанные с морями, обусловлены наличием слоев плотной базальтовой лавы. Их обнаружили в 1960-х годах 20 века. Масконы оказывали гравитационное воздействие на орбитальное движение лунных орбитальных зондов. Локальные магнитные области также обнаружены вокруг некоторых кратеров, хотя у Луны нет глобального магнитного поля.
Воздух и вода
Естественно и философы, и романтики, давно мечтали отправиться на Луну. И найти там разумную жизнь.
Но возможность лунной жизни (за исключением, возможно, определенных типов выносливых микробов) ученые опровергли. Это случилось после осознания того, что Луна не имеет ни атмосферы, ни жидкой воды.
Однако недавние наблюдения подтвердили существование значительных количеств льда в глубоких кратерах на лунных полюсах.
Взаимодействие Земля-Луна
Гравитационное взаимодействие между Землей и Луной вызывает некоторые интересные эффекты. Наиболее очевидными из них являются приливы. Гравитационное притяжение Луны сильнее на стороне Земли, ближайшей к Луне. Поскольку Земля и ее океаны не являются абсолютно жесткими, они тянутся к Луне.
С нашей точки зрения, мы видим два небольших «выпуклости». Одну в направлении Луны и одну прямо противоположную. Эффект проявляется гораздо сильнее в океанах, чем в твердой коре. Поэтому изменение уровня воды выше.
Поскольку Земля вращается намного быстрее, чем Луна движется по своей орбите, «выпуклости» движутся вокруг Земли примерно раз в сутки. Поэтому происходит два прилива в день.
Асимметричный характер этого гравитационного взаимодействия приводит к тому, что Луна вращается синхронно с Землей. То есть она блокируется в такой фазе своей орбиты, при которой одна и та же сторона всегда обращена к нам.
Так же, как вращение Земли замедляется влиянием Луны, в далеком прошлом вращение Луны замедлялось действием Земли. Но в последнем случае эффект был намного сильнее. Когда скорость вращения Луны замедлилась, и стала соответствовать ее орбитальному периоду, у нее больше не стало крутящего момента.
Была достигнута стабильная ситуация. То же самое произошло и с большинством других спутников в Солнечной системе.
Обратная сторона Луны
Луна немного колеблется (из-за ее не совсем круговой орбиты). Поэтому время от времени можно видеть небольшую часть ее поверхности на обратной стороне. Но большая часть обратной стороны была совершенно неизвестна до тех пор, пока зонд «Луна-3» не сфотографировал ее в 1959 году.
| среднее расстояние от центра Земли | 384 400 км |
| диаметр | 3,476 км |
| масса (Земля = 1) | 0,0122 |
| средняя плотность | 3,34 г / см 3 |
| поверхностная гравитация (Земля = 1) | 0,165 |
| вторая космическая скорость | 2,38 км / с (8 568 км / ч) |
| орбитальный период | 27,3 суток |
| орбитальный эксцентриситет | 0,055 |
| наклон орбиты | 5.1 ° |
| осевой период | 27,3 суток |
| Максимум. температура поверхности | +117 o C |
| минимум температура поверхности | -163 o C |
| альбедо | 0,07 |
| Особенность | Описание |
| Бассейн Эйткен | Ударный бассейн в южной полярной области. При диаметре около 2500 километров, максимальной глубине более 12 километров и средней глубине около 10 километров, это самый большой и самый глубокий ударный бассейн в Солнечной системе |
| Апеннины | Горный хребет, который поднимается до 4572 метров на юго-восточном краю Mare Imbrium. Самый большой перепад высот на Луне, выше чем Гималайский фронт и равнины Индии и Непала. Место посадки Аполлона-15 было выбрано так, чтобы астронавты могли проехать от Лунного модуля к основанию Апеннинов во время двух экспедиций |
| Байи | Самый крупный кратер на окраине Луны с диаметром 295 километров и максимальной глубиной 3,96 километра. Очень эродированная структура |
| Коперник | Кратер шириной 93 километра, который является одним из наиболее заметных объектов на лунной поверхности. Возникший менее 1 миллиарда лет назад, является одним из самых молодых кратеров Луны. У него есть система ярких лучей, наиболее хорошо видимых при полной Луне |
| Море Дождей | Самый большой и самый молодой из гигантских бассейнов Луны. Астероидное столкновение, которое сформировало его около 3,9 миллиарда лет назад, практически привело к разрыву поверхности Луны; произошли выбросы магмы на большую часть поверхности Луны из появившихся глубоких трещин. Через эти трещины лава выливалась, наполняя большую часть бассейна и оставляя темную черту шириной 1300 километров, известную как Mare Imbrium |
| Море Восточное | Сформировавшись от 3,8 до 3,9 миллиарда лет назад, что показывает три концентрических кольца гор. Также очевидны сильные радиальные линии, создаваемые потоком выбросов |
| Кратер Тихо | Великолепный кратер шириной 85 километров, связанный с самой яркой и самой обширной системой лучей на Луне. В некоторых случаях лучи простираются на более чем 1500 километров; их яркость свидетельствует о том, что Тихо был сформирован сравнительно недавно. Возможно, в течение последних 3 миллиардов лет |
Загрузка...
