Модель ударного формирования Луны

Перейти к навигацииПерейти к поиску
Один из вариантов Гигантского столкновения

Модель ударного формирования Луны (употребляется также термин «Модель мегаимпакта»[1][2], «Гигантское столкновение» (от англ. Giant impact) и т. д.) — распространённая гипотеза формирования Луны. Согласно этой модели, Луна возникла в результате столкновения молодой Земли и объекта, по размерам сходного с Марсом[3]. Этот гипотетический объект иногда называют Тейя в честь одной из сестёр-титанид, матери Гелиоса, Эос и Селены (луны).

В пользу этой гипотезы свидетельствуют бедность Луны летучими элементами, маленький размер её ядра из сернистого железа, соображения, связанные с моментом импульса системы Земля — Луна[3], образцы лунного грунта, указывающие на то, что поверхность Луны когда-то была расплавленной, а также свидетельства подобных столкновений в других звездных системах.

Однако осталось несколько вопросов, связанных с этой гипотезой, которые так и не получили объяснения. К их числу можно отнести: отсутствие в лунных образцах ожидаемого процентного содержания летучих элементов, окисей железа или сидерофильных элементов, а также отсутствие доказательств того, что Земля когда-то имела океаны магмы, подразумеваемые этой гипотезой.

Данные, полученные в рамках программы «Аполлон», согласно которым соотношение изотопов титана в лунных образцах совпадает с земным, требуют пересмотра существующих моделей формирования Луны с учётом изотопной однородности. На данный момент существует несколько модификаций теории столкновения, которые позволяют объяснить эту однородность. В частности, Тейя могла быть массивнее, чем считалось до сих пор, или Луна могла остывать дольше[4].

Впервые теорию гигантского столкновения выдвинули Уильям К. Хартманн[англ.] и Дональд Р. Дэвис[англ.] в 1975 году в статье[5], напечатанной в журнале «Icarus».

Сценарий столкновения

Эволюция лунной орбиты за последние 4,5 млрд лет[6]

Вскоре после своего формирования Земля столкнулась с протопланетой Тейя. Удар пришёлся не по центру, а под углом (почти по касательной). В результате ядра планет слились, а фрагменты их силикатных мантий были выброшены на околоземную орбиту[7]. Из этих обломков собралась прото-Луна и начала обращаться по орбите с радиусом около 60 000 км.

Земля в результате удара получила резкий прирост скорости вращения (один оборот за 5 часов) и заметный наклон оси вращения[]. На ней должен был образоваться большой океан магмы[7]. Несколько процентов массы Земли были выброшены за пределы системы Земля — Луна[8].

Помимо самого факта существования Луны, теория объясняет и дефицит в земной коре фельзических («светлых») и промежуточных пород, которых недостаточно для полного покрытия поверхности Земли. В результате мы имеем материки, состоящие из относительно лёгких фельзических пород, и океанские бассейны, состоящие из более тёмных и тяжёлых металлосодержащих пород. Такая разница в составе пород, при наличии воды позволяет функционировать системе тектонического движения литосферных плит, образующих земную кору.

Также предполагается, что наклон земной оси и само вращение Земли — результат именно этого столкновения.

Датировка столкновения

По оценке Карстена Мюнкера и др. (2003), удар должен был произойти не менее 4,533 млрд лет назад, когда (по данным датирования методом 182Hf-182W) завершилось выделение земного ядра[7][9], и Луна должна быть младше Солнечной системы лишь на около 30 млн лет[10].

По оценке Уильяма Боттке[англ.] и других (2015), основанной на изучении метеоритов, интерпретированных как фрагменты астероидов, сталкивавшихся с выбросами от этого удара, столкновение Земли с Тейей и образование Луны произошли около 4,47 млрд лет назад[8].

Согласно результатам Мелани Барбони и других (2017), основанным на уран-свинцовом датировании цирконов из лунных пород, Луна была дифференцированной и в основном затвердевшей уже 4,51 млрд лет назад, и из этого следует, что «гигантское столкновение» и формирование Луны произошли в первые 60 ± 10 млн лет существования Солнечной системы[11].

Тейя

Основная статья: Тейя (гипотетическая планета)
Тейя сформировалась в точке Лагранжа L4, затем перешла на хаотическую орбиту, приблизилась к Земле и столкнулась с нею. Одна «петля» орбиты занимает один год. Земля показана неподвижной (вращающаяся система отсчета)

По мнению учёных, столкновение тела марсовых размеров с Землёй под таким углом, чтобы не разрушить планету, в сочетании с возникшим «удачным» углом наклона оси Земли (который обеспечивает смену времени года), плюс создание условий для мощной литосферной тектоники (которая обеспечивает воспроизводство «углеродного цикла»), — всё это может являться доводом в пользу малой вероятности возникновения жизни вообще, и, соответственно, крайне малой вероятности существования жизни в ближайших областях Вселенной. Эта гипотеза получила название «гипотеза уникальной Земли».

Однако в вышедшей в 2004 году статье Эдвард Белбруно и Ричард Готт предположили, что столкнувшаяся с Землёй гипотетическая протопланета Тейя могла сформироваться в одной из точек Лагранжа системы Земля-Солнце — L4 или L5, а затем перейти на беспорядочную орбиту, например в результате гравитационных возмущений со стороны других планет, и ударить Землю на более-менее низкой скорости[12].

Такой механизм существенно повышает вероятность встречи небесного тела с Землёй при требуемых параметрах столкновения.

Моделирование, проведённое в 2005 году доктором Робином Кэнапом, показало, что спутник Плутона Харон мог также образоваться около 4,5 миллиардов лет назад от столкновения Плутона с другим телом из пояса Койпера, диаметром от 1600 до 2000 км, которое ударило планету на скорости 1 км/с. Кэнап предполагает, что такой процесс формирования спутников планет мог быть обычным делом в молодой Солнечной системе. Такие планеты на нестабильных орбитах пропадают очень быстро после возникновения планетной системы, и вращение нынешних планет может объясняться этим механизмом.

Примечания

  1. ↑ Витязев А. В., Печерникова Г. В., Сафронов В. С. Планеты земной группы. — Наука. — М., 1990. — С. 200—201. — ISBN 5-02-014070-8.
  2. ↑ Левин А. Прекрасная Селена. Дата обращения: 4 июля 2011. Архивировано 25 сентября 2015 года.
  3. ↑ 1 2 Herwartz D., Pack A., Friedrichs B., Bischoff A. Identification of the giant impactor Theia in lunar rocks // Science. — 2014. — Vol. 344, № 6188. — P. 1146—1150. — doi:10.1126/science.1251117. — Bibcode: 2014Sci...344.1146H. — PMID 24904162.
  4. ↑ Гипотезу ударного формирования Луны поставили под сомнение. Дата обращения: 23 июня 2020. Архивировано 12 апреля 2021 года.
  5. ↑ Hartmann W. K., Davis D. R. (1975). "Satellite-sized planetesimals and lunar origin". Icarus. 24 (4): 504—514. Bibcode:1975Icar...24..504H. doi:10.1016/0019-1035(75)90070-6.
  6. ↑ Ross, M. N. Evolution of the lunar orbit with temperature‐ and frequency‐dependent dissipation : [англ.] / M. N. Ross, G. Schubert // Journal of Geophysical Research. — 1989. — Vol. 94, no. B7. — P. 9533–9544. — doi:10.1029/JB094iB07p09533.
  7. ↑ 1 2 3 Münker C., Pfänder J. A., Weyer S. et al. Evolution of planetary cores and the Earth-Moon system from Nb/Ta systematics // Science. — 2003. — Vol. 301, № 5629. — P. 84—87. — doi:10.1126/science.1084662. — Bibcode: 2003Sci...301...84M. — PMID 12843390.
  8. ↑ 1 2 Bottke W. F., Vokrouhlicky D., Marchi S. et al. Dating the Moon-forming impact event with asteroidal meteorites // Science. — 2015. — Vol. 348, № 6232. — P. 321—323. — doi:10.1126/science.aaa0602. — Bibcode: 2015Sci...348..321B. — PMID 25883354. Архивировано 6 января 2021 года.
  9. ↑ Münker C., Pfänder J. A., Büchl A., Weyer S., Mezger K. Formation of Planetary Cores and timing of Moon separation: constraints from high precision Nb/Ta measurements in meteorites and terrestrial samples // EGS - AGU - EUG Joint Assembly, Abstracts from the meeting held in Nice, France, 6 - 11 April 2003, abstract id.12002. — 2003. — Bibcode: 2003EAEJA....12002M.
  10. ↑ Kleine T., Münker C., Mezger K., Palme H. Rapid accretion and early core formation on asteroids and theterrestrial planets from Hf–W chronometry // Nature. — 2002. — Vol. 418, № 6901. — P. 952—955. — doi:10.1038/nature00982. — Bibcode: 2002Natur.418..952K. — PMID 12198541.
  11. ↑ Barboni M., Boehnke P., Keller B. et al. Early formation of the Moon 4.51 billion years ago // Science Advances. — 2017. — Vol. 3, № 1. — doi:10.1126/sciadv.1602365. — Bibcode: 2017SciA....3E2365B. Архивировано 22 июня 2022 года.
  12. ↑ [1]Архивная копия от 9 июня 2020 на Wayback Machine [astro-ph/0405372] Where Did The Moon Come From?

Литература

Ссылки