Теории происхождения Луны

Теории происхождения Луны

Лучше всего считать Луну ошибкой наблюдения – ее просто не существует!
Ирвин Шапиро

Одним непреложным фактом является то, что Луна движется вокруг Земли. Она улыбается нам в ночном небе, но согласно всему, что известно науке, этого не должно быть.

Древние греки были большими собирателями знаний и исследователями законов природы. В V веке до н. э. Демокрит, сделал предположение, что темные отметины на лунном диске могут быть горами. Немного поздней Евдокс из Книда, который был астрономом и математиком, вычислил Саросский цикл затмений и таким образом смог предсказывать их наступление.

Около 260 года до н. э. другой грек по имени Аристарх изобрел способ измерения размера Луны и ее расстояния от Земли. Его расчеты оказались неправильны, но крупный математик и астроном Гиппарх с острова Родос справился с этой задачей через 100 лет.

В конце I века н. э. Плутарх написал короткое сочинение о Луне под названием «О лике лунного светила», где предположил, что темные отметины на Луне являются глубокими впадинами, не отражающими солнечный свет. Он считал, что на Луне есть горы и речные долины, и даже высказывал предположения о ее обитаемости.

В конце XVI века гениальный Галилео Галилей из Пизы, один из самых блестящих ученых эпохи Возрождения, проводил эксперименты с маятниками и падающими телами, изучал законы оптики и занимался всем, что захватывало его воображение, но, самое главное, большую часть своей зрелой жизни Галилей был ревностным астрономом.

Астрономические открытия Галилея были описаны в небольшой книге под названием «Звездные послания», изданной в Венеции в мае следующего года. Они произвели настоящую сенсацию. Кроме всего прочего Галилей утверждал, что Млечный Путь состоит из крошечных звезд и что он увидел четыре небольших спутника Юпитера и горы на Луне. Научные исследования Галилея легко могли пасть жертвой католической церкви, если бы его изображения Луны стали достоянием общественности.

Для объяснения элементов лунного ландшафта, не противоречащего церковным доктринам, в христианских странах предложили целый ряд теорий. Возможно, наибольшей популярностью из них – по крайней мере на протяжении какого-то времени – была теория о том, что Луна является совершенным зеркалом. Выходило что на поверхности Луны люди видели не элементы лунного ландшафта, а отражение элементов земного ландшафта. Никому не пришло в голову, что, потому как Луна вращается вокруг нашей планеты, отметины на лунном диске должны постоянно изменяться, так как Земля под ним не остается неизменной.

Другая гипотеза, принятая в некоторых кругах, заключалась в существовании таинственных испарений между Землей и Луной. Считалось, что образы, присутствовавшие в солнечном свете, отражались от этих «паров». Однако самая популярная теория, не нарушавшая церковную доктрину, гласила, что вариации плотности Луны создают оптические иллюзии, которые нам видны как отметины на лунной поверхности. Это странное объяснение было безопасно, хотя едва ли могло убедить ученых тех времен и определенно не производило никакого впечатления на Галилея.

После Галилея конструкцию телескопов в значительной степени усовершенствовали, и всем, кто изучал Луну, стало ясно, что она представляет из себя сферу со скалистой и неровной поверхностью. По мере того как церковь постепенно утрачивала свою власть над наукой, многие старые представления о Луне становились неприемлемы. Но никто не имел представления, откуда взялась Луна и почему она движется именно по такой орбите вокруг Земли.


Первая теория происхождения Луны

Была выдвинута в XIX веке Джордж Дарвин, сын Чарлза Дарвина, автора теории естественного отбора, был известным и авторитетным астрономом, который тщательно изучал Луну и в 1878 году выступил с так называемой теорией разделения. По всей видимости, Джордж Дарвин был первым астрономом, который установил, что Луна отдаляется от Земли. На основе скорости расхождения двух небесных тел Дж. Дарвин предположил, что когда-то Земля и Луна составляли единое целое. В незапамятные времена эта расплавленная вязкая сфера очень быстро вращалась вокруг своей оси, совершая один полный оборот приблизительно за пять с половиной часов.

Дарвин предположил, что в дальнейшем приливное воздействие Солнца стало причиной так называемого разделения: кусок расплавленной Земли размерами с Луну отделился от главной массы и в конце концов занял свое местоположение на орбите. Такая теория выглядела вполне разумно и стала главенствующей в начале XX века. Она подверглась серьезной атаке только в 1920-х годах, когда британский астроном Гарольд Джеф-фрис показал, что вязкость Земли в полурасплавленном состоянии препятствовала бы возникновению достаточно мощной вибрации, которая могла привести к разделению двух небесных тел.

Вторая теория происхождения Луны

Когда-то убедившая ряд специалистов, называлась аккреционной теорией. Она гласила, что вокруг уже сформировавшейся Земли постепенно аккумулировался диск из плотных частиц, напоминающий кольца Сатурна. Предположили, что частицы этого диска в конце концов объединились и образовали Луну. Есть несколько причин, в силу которых такое объяснение не может быть удовлетворительным. Одной из основных является угловой момент движения системы Земля – Луна, который никогда не стал бы таким, как он есть, если бы Луна образовалась из аккреционного диска. Есть также затруднения, связанные с образованием океанов расплавленной магмы на «новорожденной» Луне.

Третья теория происхождения Луны

Появилась приблизительно в то время, когда были запущены первые лунные зонды; она была названа теорией целостного захвата. Предположили, что Луна появилась вдалеке от нашей планеты и стала блуждающим небесным телом, которое просто было захвачено земным тяготением и вышло на орбиту вокруг Земли.

Теперь эта теория также вышла из моды по нескольким причинам. Соотношение изотопов кислорода в горных породах на Земле и на Луне убедительно доказывает, что они появились на одном расстоянии от Солнца, чего не могло быть в том случае, если бы Луна была сформирована в другом месте. Есть также непреодолимые трудности в попытке построения модели, в соответствии с которой небесное тело размером с Луну могло бы выйти на стационарную орбиту вокруг Земли. Такой огромный объект не мог аккуратно «подплыть» к Земле на малой скорости, как супертанкер, швартующийся к пристани; он почти неизбежно должен был врезаться в Землю на большой скорости или пролететь рядом с ней и устремиться дальше.

К середине 1970-х годов все предыдущие теории формирования Луны по разным причинам столкнулись с трудностями. Это привело к созданию практически немыслимой ситуации, когда прославленные эксперты могли публично признать, что они попросту не знают, как или почему Луна оказалась на своем месте. Известный научный автор Уильям К. Хартманн, ведущий ученый Института планетологии в Таксоне, штат Аризона, сказал в своей книге (1986 год) «Происхождение Луны»:

«Ни астронавты „Аполлона“, ни луноходы, ни вся королевская рать не смогли собрать достаточно информации для объяснения условий формирования Луны».

Новая теория происхождения Луны

Из этой неопределенности появилась новая теория происхождения Луны, которая в данный момент считается общепринятой, несмотря на некоторые серьезные вопросы. Она известна как теория «большого столкновения».

Идея возникла в СССР в 1960-х гг. у русского ученого B.C. Савронова, который рассматривал возможность возникновения планет из миллионов астероидов различного размера, называемых планетзималями.

В ходе независимого исследования Хартманн вместе со своим коллегой Д.Дэвисом предположил, что Луна образовалась в результате столкновения двух планетных тел, одним из которых была Земля, а другим – блуждающая планета, размером не уступавшая Марсу. Хартманн и Дэвис считали, что две планеты столкнулись специфическим образом, в итоге произошли выбросы вещества из мантии обоих небесных тел. Это вещество было выброшено на орбиту, где постепенно объединилось и уплотнилось для формирования Луны.

С первого взгляда, у такого предположения имеется много достоинств. В первую очередь оно решает главный вопрос, появившийся после доставки на Землю образцов лунной породы: почему состав Луны так сходен с составом нашей планеты, но только частично?

Анализ лунных пород показал значительное сходство с породами, которые образуют мантию Земли, но Луна намного менее массивна, чем Земля, с учетом их относительного размера (Земля только в 3,66 раза больше Луны, но имеет в 81 раз большую массу). Было понятно, что на Луне нет многих тяжелых элементов, содержащиеся в земных недрах, и теория «большого столкновения» как будто объясняла причину этого явления. Земля и блуждающая планета столкнулись очень необычным образом. Хотя в конечном счете они образовали одну планету, предполагалось, что вначале они столкнулись, разошлись в стороны, а после снова соединились. Компьютерное моделирование показало, что при таких специфических обстоятельствах возможен выброс мантийного материала из-под корового слоя обоих небесных тел.

Хотя эта теория со временем овладела умами, вначале она казалась такой невероятной, что была отвергнута в целом. Однако в дальнейшем исследования показали, что даже такой маловероятный сценарий мог иметь место. В 1983 году состоялось международное совещание в Коне (Гавайские острова), целью которого была попытка решения проблем, связанных с происхождением Луны. Именно на этом совещании теория «большого столкновения» начала завоевывать очки. Собственные размышления Хартманна наряду с мнениями других ученых, присутствовавших на совещании, образовали ядро книги «Происхождение Луны» (1986) под редакцией самого Хартманна.

Между тем некоторые из экспертов создали компьютерные модели, подкреплявшие теорию «большого столкновения». Наиболее убедительной из них была модель доктора Робин Кенап, которая сейчас является заместителем директора департамента космических исследований в Колорадо. Ее научная диссертация была посвящена происхождению Луны и, в частности, теории «большого столкновения». Первоначальные расчеты привели ее к выводу, что предполагаемый удар должен был привести к образованию целого роя мелких спутников, а не одной Луны, но дальнейшее компьютерное моделирование в 1997 году дало возможность создать такой прототип столкновения, результатом которого явилось формирование Луны.

Несмотря на то что теория «большого столкновения» теперь принята большинством специалистов, она вызывает много вопросов. Как признает сама Робин Кенап и другие исследователи, такое мощное столкновение должно было ускорить вращение Земли до уровня, несопоставимого с нынешней ситуацией. Единственный способ решения этой проблемы, по ее мнению, заключается в гипотезе о втором крупном столкновении, названном «большой удар II». На этот раз предполагается, что второе столкновение произошло только спустя несколько тысячелетий после первого, но другой объект нанес удар с противоположного направления и таким образом погасил огромную скорость вращения Земли после первого катаклизма. Такое «сбалансированное» двойное столкновение выглядит крайне маловероятно. Оно больше похоже на жест отчаяния.

Кенап сама недовольна гипотезой «большого удара II» и надеется модифицировать первоначальную теорию таким образом, чтобы она объясняла нынешнюю скорость вращения Земли.

Для того чтобы всерьез относиться к теории «большого столкновения», надо преодолеть еще одно большое препятствие. Когда американские астронавты и советские автоматические зонды доставили горные породы со спутника Земли, их подвергли различным анализам. Экспериментальный факт, покончивший с теорией «гравитационного захвата», вызывает большое сомнение и в теории «большого столкновения». Было установлено, что соотношение изотопов кислорода в земных и лунных породах практически идентично. Этот факт имеет серьезные последствия: соотношение может быть идентично лишь в том случае, если Луна и Земля образовались на одинаковом расстоянии от Солнца. Это означает, что планета размером с Марс должна была двигаться по одной орбите с Землей и что она неким образом существовала на протяжении многих миллионов лет до столкновения.

Вероятность такого рода ситуации ничтожно мала и создает другие затруднения. Нынешний наклон земной оси на 23° по отношению к плоскости ее орбиты вокруг Солнца принято считать результатом катастрофического столкновения, но любое небесное тело размером с Марс, которое двигалось бы по орбите, сходной с орбитой нашей планеты, не могло иметь достаточного момента движения, чтобы так сильно наклонить ось вращения Земли. Или блуждающая планета появилась из-за пределов Солнечной системы и, следовательно, двигалась с чрезвычайно большой скоростью, или она должна быть по крайней мере в три раза больше Марса, что не вписывается ни в какую компьютерную модель.

Некоторые другие проблемы перечислялись Джеком Дж. Лиссауэром, известным ученым из Эймсовского центра НАСА, в его статье, написанной для журнала «Нейчур» в 1997 году. Говорят, что Лиссауэр любил цитировать шутливое замечание другого ученого, Ирвина Шапиро из Гарвардского центра астрофизических исследований: «Лучшее объяснение для Луны – это ошибка наблюдения. Ее вообще не существует!».

В своей статье Лиссауэр сослался на результаты последних исследований, которые показали, что большая часть материала, выброшенного при ударе, должна была бы упасть обратно на Землю. С его слов:

«Процесс аккреции вещества в „лунном диске“, образовавшемся после удара, не мог происходить с большой эффективностью. Для формирования Луны на орбиту должно было быть выброшено гораздо большее количество материала и на большее расстояние от Земли, чем считали раньше».

Лиссауэр также придерживается мнения, что размер блуждающей планеты должен был бы в значительной степени превышать первоначально предполагаемый, но указывает, что трудно понять, каким образом можно было погасить дополнительный угловой момент движения после такого мощного столкновения.

Три других ученых, Ружичка, Снайдер и Тейлор, подошли к проблеме по другому и проанализировали биохимические данные, а потом сопоставили их с теоретическими расчетами. После тщательного изучения они пришли к выводу: «Данные геохимического анализа не дают основания для поддержки гипотезы большого столкновения или ударного выброса материала».

Этот вывод показал, что красивая теория безнадежно расходится с экспериментальными данными. Ученые добавляют: «Эта гипотеза появилась не столько из-за ее теоретических достоинств, сколько из-за очевидных динамических или геохимических недостатков других теорий». Говоря по другому, хотя в теории «большого столкновения» больше дыр, чем в старом решете, ученые продолжают цепляться за нее просто потому, что не было найдено другого логичного объяснения. Из всех невероятных объяснений это оказалось менее невероятным.

Теория «большого столкновения» дискредитирована, помимо ряда причин, неспособностью объяснить аномалии. Она не может объяснить необычные соотношения между Луной и Солнцем или между Луной и Землей. Конечно, Луна может по чистой случайности быть ровно в 400 раз меньше Солнца и занимать орбиту на расстоянии 1/400 между Землей и Солнцем, но вероятность такого совпадения в буквальном смысле астрономически мала.

В пропорциональном отношении к планете-хозяйке размер Луны больше, чем у любого другого спутника Солнечной системы, за исключением Харона, спутника Плутона, который составляет больше половины диаметра этой планеты. Но эти два небесных тела, в сущности, являются двойной планетой или, возможно, астероидами, вращающимися вокруг общего центра масс на близком расстоянии, хотя считается, что они имеют разное происхождение.

У Меркурия и Венеры вообще нет спутников. У Марса есть два спутника, но у них крошечные размеры по сравнению с ним.

Тщательное изучение многих образцов лунной породы, доставленной американскими миссиями «Аполлона» и советскими беспилотными зондами, преподнесло один из самых больших сюрпризов. Было отмечено, что старейшие породы, собранные на Луне, имеют в значительной мере более древний возраст, чем любые породы, обнаруженные на нашей планете. Возраст самых древних пород на Земле составляет приблизительно 3,5 млрд. лет, тогда как некоторые образцы лунного грунта демонстрируют возраст около 4,5 млрд. лет, что очень близко к оценке возраста нашей Солнечной системы. Радиоизотопный анализ образцов метеоритов неизменно дает возраст примерно 4,6 млрд. лет.

Но даже в этих породах имеется такое же соотношение изотопов кислорода, как в земных породах. Это служит еще одним указанием, что Луна находилась на своем нынешнем расстоянии от Солнца в течение невероятно долгого времени. В настоящее время этот факт не имеет убедительных объяснений.

Наши собственные, почти случайные открытия в связи со специфическими соотношениями между Землей, Солнцем и Луной, привели нас к глубокой переоценке последних теорий, связанных с Луной и ее происхождением. Мы были поражены своими находками. Луна больше, чем можно было ожидать, явно старше, чем должно быть, и имеет гораздо меньшую массу, чем должно быть. Она занимает такую необычную орбиту, что все существующие объяснения полны трудностей и противоречий, и ни одно из них нельзя считать вполне убедительным. Мы осознали, что многие уважаемые специалисты во всем мире имеют значительные сомнения по поводу современных теорий о происхождении Луны, которые, они готовы огласить публично.

Независимо от утверждений сторонников теории «большого столкновения» вполне очевидно, что их выводы далеки от истины. Если воспользоваться цитатой из Уинстона Черчилля, Луна остается «загадкой, облаченной в тайну внутри еще большей загадки».

 


 

А.Батлер

ред. shtorm777.ru

Share and Enjoy:
  • Добавить ВКонтакте заметку об этой странице
  • Мой Мир
  • Facebook
  • Twitter
  • Сто закладок
  • Блог Li.ру
  • Blogger