Астрономы опубликовали первую полную геологическую карту Луны

Содержание

• 1 Исторические взгляды на происхождение Луны
• 2 Возникновение Солнечной системы
• 3 Общее и особенное в свойствах Луны, Земли и системы Земля — Луна
• 4 Гипотезы происхождения Луны
• 5 Рассмотрение гипотез 5.1 Гипотеза центробежного отделения
• 5.2 Гипотеза захвата
• 5.3 Гипотеза совместного формирования (совместной аккреции)
• 5.4 Гипотеза испарения
• 5.5 Гипотеза многих лун
• 5.6 Гипотеза столкновения
• 5.7 Гипотеза метеоритной бомбардировки

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Действующая модель системы «Солнце — Земля — Луна», включающая глобусы Земли и Луны, кронштейны, водила-радиусы, комбинированный редуктор, включающий съемную рукоятку или электрический мотор-редуктор, связанные с ведущим валом конической зубчатой передачи водило-радиуса системы «Земля — Луна» для вращения ее вокруг Солнца, коническую зубчатую передачу, при этом ременно-сателлитовые передачи имеют по одному сателлиту, шкивы которых прикреплены к основанию через центр водило-радиуса, а сателлиты установлены на одной оси, причем в центре тяжести системы «Земля — Луна» расположен коленчатый вал с наклоненной осью системы «Земля — Луна», укрепленный в кривошипе под углом к эклиптике, обеспечивающий отклонение орбиты Луны от эклиптики посредством одной из ременно-сателлитовых передач, при этом две другие ременно-сателлитовые передачи расположены на двух уровнях и обеспечивают постоянный угол наклона оси Земли в сторону Полярной звезды, а четвертая ременно-сателлитовая передача обеспечивает одновременное вращение системы «Земля — Луна» вокруг собственного центра тяжести и суточное вращение Земли вокруг наклонной оси с помощью пятой ременно-сателлитовой и конической зубчатой передач, к основанию через рычаг прикреплен яйцеобразный кулачок орбиты движения Луны вокруг , направленный длинным радиусом в сторону Солнца, а к раздвижной части изменяемого радиуса орбиты Луны прикреплен ролик, копирующий изменение радиуса орбиты Луны вокруг по кулачку орбиты Луны вокруг .

Исторические взгляды на происхождение Луны

Луна́

своим видом и фактом существования всегда изумляла человечество. В древности многие народы поклонялись Луне как божеству. Древние греки, возможно, первыми стали изучать Луну, используя научный подход. В третьем веке до н. э. Аристарх Самосский, наблюдая земную тень на Луне во время лунных затмений, оценил расстояние до Луны в шестьдесят радиусов Земли (замечательный результат: по современным данным, радиус лунной орбиты меняется в пределах от 55 до 63 земных радиусов). Плутарх предполагал, что на Луне могут жить люди — селениты. Считалось, что тёмные пятна на Луне — это моря, а светлые места — суша.

В 1609 году Галилео Галилей обнаружил на Луне горы и кратеры, разглядев в телескоп отбрасываемые ими тени. На основании своих наблюдений Галилей пришёл к выводу, что Луна является каменистым телом, как и Земля. С тех пор над загадкой образования Луны размышляли многие поколения учёных, начиная с Иммануила Канта и Рене Декарта. С начала семнадцатого века и до середины двадцатого было выдвинуто несколько основных гипотез, которые имели своих сторонников и свои взлёты популярности.

Первую научную теорию возникновения Луны выдвинул в 1878 году британский астроном Джордж Говард Дарвин[2]. Согласно этой теории, Луна отделилась от Земли в виде магматического сгустка под действием центробежных сил. Альтернативная «теория захвата» предполагала существование Луны как отдельной планетезимали, захваченной гравитационным полем Земли[2]. Теория совместного формирования предполагает одновременное формирование Земли и Луны из единого массива мелких обломков породы[2]. Анализ грунта, доставленного миссией Апполон, показал, что лунный грунт по составу значительно отличается от земного[3]. Кроме того, современные компьютерные модели показали нереальность отделения от Земли массивного тела под действием центробежных сил[3]. Таким образом, ни одна из трех первоначальных теорий не выдерживает критики (см. также «Гипотезы происхождения Луны» ниже ).

Новая эра в изучении Луны началась в 1960-х годах, с полётов к Луне советских автоматических станций и американских «Аполлонов». Появилась новая наука — селенология. На Землю были доставлены образцы лунных пород, которые дали богатый материал для размышлений и переоценки старых идей.

Методика преподавания астрономии

§ 35. Модели движения Земли и Луны.

Рис. 43. Теллурий системы Л.В. Кандаурова

Для демонстрирования вращения Земли и обращения её около Солнца обычно применяется теллурий, в котором передача движений осуществляется механически. Можно сделать самодельный теллурий по системе Л.В. Кандаурова (с параллелограммом). В теллурии Кандаурова (рис. 43) вращение Земли вокруг оси не происходит, но это представляет скорее положительную, чем отрицательную сторону этого прибора. В теллуриях с вращением оно совершается столь быстро (если соблюдено соотношение суток и года), что учащиеся всё равно не могут разглядеть отдельные места на глобусе. К тому же цель показывания теллурия — объяснение условий освещения Земли, не требует постоянного вращения. Надо только показать четыре основные положения и при этом не быстро вращать глобус рукой. В числе приборов по астрономии надо иметь обыкновенный географический глобус, необходимый вообще при обучении астрономии.

Как замена теллурия может быть использован малый глобус при освещении его лампой. На нём можно показать обращение Земли вокруг Солнца, происхождение смены времён года и т. п.

Объяснение фаз Луны может быть выполнено хорошо известным способом — освещением белого шарика с разных сторон. Однако показать всему классу сразу эту модель довольно трудно. Дело в том, что наблюдатель должен находиться в центре орбиты, а при показывании издали всему классу одновременно учитель может выполнить это условие лишь для самого себя. Если допускают условия расположения учащихся в классной комнате, следует поставить проекционный фонарь (с одним лишь конденсором) и освещать им белый шарик, помещая его последовательно: 1) между учащимися и фонарём — новолуние, 2) у правой стены (по отношению к учащимся) — первая четверть, 3) у задней стены — полнолуние, 4) у левой стены — последняя четверть. Вместо перестановки можно заранее на соответствующей высоте расставить у стен белые шарики.

Для объяснения затмений делались теллурии с моделью Луны, обращающейся вокруг Земли. Эти модели не всегда хорошо действуют. В связи с затмением 19 июня 1936 г. мною была неоднократно применена более простая модель, состоящая из небольшого глобуса, поставленного на дважды изогнутую ось, установленную на подставке (рис. 44). Изогнутости оси соответствуют наклону оси вращения Земли и наклону плоскости лунной орбиты. На той части оси, которая соответствует лунной орбите, при помощи длинной проволоки, охватывающей ось, прикреплён небольшой шарик, изображающий Луну. Освещая сбоку всю модель лампой и ставя в различные положения глобус и обращающийся около него шарик, нетрудно показать обращение Луны вокруг Земли, её фазы и условия затмений. Следует только делать модель с учётом действительных соотношений размеров. Если расстояние лунного шара слишком мало относительно размеров Земли, то при наклоне орбиты Луны в 5њ затмения будут получаться при каждом новолунии и полнолунии. Следовательно, при таком наклоне Луну надо помещать на расстоянии 30 диаметров глобуса, т. е. при глобусе радиусом в 14 см на расстоянии более 8 м. Поэтому наклон можно сделать несколько большим (до 10-15њ), разъяснив, конечно, учащимся, что он преувеличен, шар же, изображающий Землю, — возможно меньшим.

Большой глобус при освещении лампой служит для демонстрирования разновременности моментов истинного полудня на разных меридианах, широты места и высоты полюса и т. п. Для таких демонстраций следует иметь булавки, которыми прикалывают в различных местах глобуса плоские кружочки из картона, изображающие плоскость горизонта (рис. 45).

Упомянутый выше астрономический зонт, поставленный ручкой по направлению оси мира, может изобразить звёздное небо. При этом лампу, изображающую Солнце, надо загородить от учащихся, чтобы она не слепила глаза и давала свет по тому направлению, где находится земной глобус.

В связи с вопросом об измерении времени бывает полезно показать солнечные часы. Модель таких часов надо сделать в двух видах: с экваториальным циферблатом и указателем, направленным по оси мира, и обыкновенные горизонтальные часы, которые легко сделать или из фанеры, или из картона. Расстояния между делениями на таких часах вычисляются по формуле: tg t = sin j tg t где t — угол от полуденной линии, t — часовой угол, выраженный в градусах, j — широта места.

В связи с объяснением основ картографии очень полезна модель Ф.Н. Красикова, состоящая из колбы с нанесённой на неё сеткой и лампочкой внутри. Различные виды проекций можно показать и с помощью армиллярной сферы (рис. ), внося внутрь её в различных местах небольшую лампочку и проектируя сетку на кальку, которую в разных положениях прикладывают к сфере. Градусную сетку, не очень частую и притом лишь в одной стороне сферы, легко сделать, привинтив несколько дополнительных полосок или протянув проволочки.

Мнение читателя [1]

Версия для печати

Астрометрия

—
Астрономические инструменты
—
Астрономическое образование
—
Астрофизика
—
История астрономии
—
Космонавтика, исследование космоса
—
Любительская астрономия
—
Планеты и Солнечная система
—
Солнце

Общее и особенное в свойствах Луны, Земли и системы Земля — Луна

Любая рассматриваемая гипотеза образования Луны должна не только соответствовать физическим законам, но и объяснять следующие обстоятельства:

• Средняя плотность Луны составляет 3,3 г/см³, значительно уступая средней плотности Земли — 5,5 г/см³. Причина — у Луны очень маленькое железо-никелевое ядро — оно составляет всего 2-3 % от общей массы спутника (по данным миссии NASA «Lunar Prospector
  »). Металлическое ядро Земли составляет около 30 % массы планеты.

• Луна, по сравнению с Землёй, имеет весьма низкое содержание легколетучих элементов, таких, как водород, азот, фтор, инертные газы. И напротив, на Луне наблюдается некоторый излишек относительно тугоплавких элементов, например, титана, урана и тория.

• Породы лунной коры и породы земной коры и мантии практически идентичны по соотношению стабильных изотопов кислорода 16O, 17O, 18O (это соотношение иногда называют «кислородной подписью»). Для сравнения, метеориты из разных частей Солнечной системы (в том числе и т. н. марсианские метеориты) имеют совершенно другие соотношения изотопов кислорода. Такая идентичность свидетельствует о том, что Земля и Луна (или, как минимум, поверхность Луны) сформировались из одного слоя планетезималей — на одинаковом расстоянии от Солнца.

• Луна имеет мощную прочную кору толщиной в 60-80 километров (в несколько раз толще земной коры), образованную из анортозитовых пород — продуктов плавления лунной мантии. Поэтому полагают, что Луна когда-то была нагрета до полного расплавления. Земля, как считается, никогда не была полностью расплавленной.

• Луна и Земля имеют необычно высокое отношение массы спутника к массе планеты, равное 1:81, в сравнении с остальными спутниками планет Солнечной системы. (Выше — только у Харона и Плутона, но последний уже не считается планетой);

• Система Земля—Луна обладает необычно высоким угловым моментом импульса (уступая, опять же, только системе Плутон—Харон).

• Плоскость орбиты Луны (наклон 5° к эклиптике) не совпадает с экваториальной плоскостью Земли (наклон 23,5° к эклиптике).

Необычный 3D-ночник — до Луны рукой подать.

Всем привет, в этом обзоре я расскажу вам о ночной лампе в форме Луны. Ну, как говорится: — «Поехали!» Итак, данная модель ночника доступна в 6 вариантах размеров

И, видимо с разными вариантами подставок под ночник

Возможно дизайн подставки зависит от размера лампы. Мне пришла лампа диаметром 10см. Приходит она в своего рода подарочной упаковке

Комплект прост:

— сама лампа-Луна — USB-кабель для зарядки длиной 100см — деревянная подставка (в разобранном виде) — инструкция

Характеристики лампы следующие:

— материал: PLА-пластик — способ изготовления: 3D-печать — цвет корпуса лампы: белый — мощность: 4W — вариант светильника: LED — варианты света: желтый, белый — аккумулятор: 500maH

Что же касается инструкции, то истины в ней следующие

:
— для зарядки лампы можно использовать «кубики» от Андроидов или Яблока (хотя их официально и не назвали в инструкции. Возможно производитель в контрах с купертиновцеми=)). Или можно заряжать от USB-входа компьютера с характеристиками 5V, 1A. Зарядки с показателями более 5V или 5V 2A использовать не стоит!
— производитель указывает время заряда 2-3 часа, а время работы — более 8 часов. Неплохо, но это мы еще проверим!

— Управление лампой: Лампа имеет сенсорную часть, которой является металлическое колечко вокруг порта зарядки.

Одиночное короткое касание поочередно включает лампу ( при это она загорается желтым светом). Последующее касание переключает свет на белый, а еще одно — выключает лампу. Удержание сенсорной области при включенном свете (белом или желтом) позволит отрегулировать нужную вам яркость освещения. При этом изменение яркости от минимума до максимума и наоборот происходит за 3 секунды.

Если удерживать сенсорное поле лампы в выключенном ее состоянии, то включение лампы происходит нарастанием яркости желтого света. Это полезно, если вы включаете ночник, когда все остальные спят.

Оригинал инструкции

Корпус нашей Луны изготовлен из ПЛА-пластика, который широко применяется в 3D-печати

PLA-пластик (полилактид, ПЛА) — является биоразлагаемым, биосовместимым, термопластичным алифатическим полиэфиром, структурная единица которого — молочная кислота. ПЛА-пластик производят из кукурузы или сахарного тростника.

Сырьем для получения служат также картофельный и кукурузный крахмал, соевый белок, крупа из клубней маниока, целлюлоза.

На сегодняшний день полилактид активно используется в качестве расходного материала для печати на 3D-принтерах.

— нетоксичен; — широкая цветовая палитра; — при печати нет необходимости в нагретой платформе; — размеры стабильны; — идеален для движущихся частей и механических моделей; — отличное скольжение деталей; — экономия энергозатрат из-за низкой температуры размягчения нити; — нет необходимости применять каптон для смазывания поверхности для наращивания прототипа; — гладкость поверхности напечатанного изделия; — получение более детальных и полностью готовых к применению объектов.

подробнее о материале здесь 3dtoday.ru/wiki/PLA_plastic/

Но хоть наша лампа напечатана на 3D-принтере и имеет текстурированную поверхность, на корпусе всеравно присутствует заметный шов вокруг коннекторной части, по окружности которого виден прозрачный клей (если присмотреться вблизи)

Это говорит о том, что лампу производят в несколько этапов — изготовление купола Луны, изготовление основания с LED-элементом и зарядной(коннекторной) частью, склеивание обеих частей воедино. Шов выглядит не очень презентабельно, так что на подставку надо ставить лампу коннектором вниз.

Что же касается подставки, то состоит она из 3 составных частей и собирается элементарно.

В итоге имеем конструкцию, образующую триногу с длиной стороны 6 см и толщиной балки 1.5 см. Самопроизвольно Луна с подставки конечно не скатывается, но и не сидит на ней мертво. При неосторожном движении можно легко отправить лампу в полет.

Во время зарядки лампа горит синим цветом

Однако после того, как лампа набирает заряд в 370-380 maH, цветовой индикатор гаснет. Происходит это, между прочим, за 3.5 часа при зарядке 5V 1A- переходником! По идее это должно говорить о том, что лампа зарядилась полностью, но если ее не снимать с зарядки, то зарядка продолжается. При этом заряд в 578 maH при 5V 1A лампа набирает за 13 часов и 57 минут часов. Максимальная сила тока при зарядке составляет 0.15А. Постепенно она снижается до 0.02А при использовании все того же переходника 5V 1A.

Дальше оставлять ночник на зарядке я побоялся, да и смысла большого не вижу- ну кто будет держать его на зарядке столько времени? При этом на максимальной яркости лампа живет лишь 6.5 часов, вместо заявленных более 8 часов. В общем такое положение вещей удручает.

В режиме работы доступен теплый желтый и холодный белый цвета с вариантами изменения их яркости. Кстати, лампа запоминает выбранную в процессе предыдущего использования яркость. Также уровень яркости не меняется при переключении с желтого на белый свет.

Теперь давайте проверим ночник в действии. Расположил я его на прикроватной тумбочке. В минимальном белом или желтом режиме ночник еле-еле заметен в темноте, а при дневном освещении и вовсе создается впечатление, что он не горит

При максимальных уровнях яркости получаем следующую картину ( положение ночника все то же — тумбочка)

Холодный свет светит ярче, желтый создает больше уюта. Вообще для спальни я бы использовал 2 такие лампы (ну если у вас 2 прикроватные тумбочки, как у меня) — смотрелось бы супер. Но если вы собираетесь использовать ее в небольшой детской комнате, то вполне хватит и одной такой лампы. Почитать при свете такой Луны не получится однозначно, но если вам понадобится создать уютную обстановку или встать ночью и при этом не разбудить близкого человека основным освещением, то эта лампа будет очень кстати.

Что же касается моих впечатлений от лампы, то сама идея такого ночника мне пришлась по душе — выглядит ну очень круто. Текстура корпуса действительно напоминает поверхность Луны и смотрится очень красиво! Она безусловно добавляет уют в вечерний интерьер и освещает комнату вполне неплохо для ночника. Возможность переключения света между желтым и белым, регулировка уровня яркости и запоминание ранее использованного уровня яркости также приятные опции, которые здесь отнюдь не бесполезны!

Однако и без минусов не обошлось — и если шов можно спрятать за деревянной подставкой, то емкость батареи (380 maH при времени зарядки 5V 1A 3.5 часа и 578 maH за 13 часов и 57 минут) и энергопотребление ( 6.5 часов работы на максимальной яркости при уровне заряда батареи 480-500 maH) это как-то не солидно. Ну и цена… Тут я, пожалуй, просто промолчу.

Света и тепла в ваши дома и спасибо за внимание =)

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Гипотезы происхождения Луны

На основании этого были выдвинуты следующие гипотезы:

• Гипотеза центробежного разделения
  : от быстро вращающейся протоземли под действием центробежных сил отделился кусок вещества, из которого затем образовалась Луна. Эту гипотезу в шутку называют «дочерней».

• Гипотеза захвата
  : Земля и Луна образовались независимо, в разных частях Солнечной системы. Когда Луна проходила близко к земной орбите, она была захвачена гравитационным полем Земли и стала её спутником. Эту гипотезу в шутку называют «супружеской».

• Гипотеза совместного образования
  : Земля и Луна образовались одновременно, в непосредственной близости друг от друга (в шутку — «сестринская» гипотеза).

• Гипотеза испарения
  : из расплавленной протоземли были выпарены в пространство значительные массы вещества, которые затем остыли, сконденсировались на орбите и образовали протолуну.

• Гипотеза многих лун
  : несколько маленьких лун были захвачены гравитацией Земли, затем они столкнулись друг с другом, разрушились, и из их обломков образовалась нынешняя Луна.

• Гипотеза столкновения
  : протоземля столкнулась с другим небесным телом, а из выброшенного при столкновении вещества образовалась Луна.
• Взрыв природного ядерного реактора.
  Природный ядерный реактор перешел в критический режим, взорвался и выбросил с Земли вещество, достаточное для образования Луны. Если этот реактор располагался вблизи границы между мантией и ядром и неподалеку от экватора, то значительное количество горных пород Земли оказалось бы на экваториальной орбите[4].

Рассмотрение гипотез

До полётов «Аполлонов» основными в научном мире считались три гипотезы образования Луны: центробежного отделения, захвата, совместной аккреции. В англоязычной литературе их называют «Большой тройкой» (англ. The Big Three).

Гипотеза центробежного отделения

Гипотезу отделения Луны от Земли впервые выдвинул Джордж Дарвин, сын знаменитого Чарльза Дарвина, в 1878 году. Он предположил, что Земля, после образования, вращалась с очень высокой скоростью. Под действием центробежных сил планета стала настолько вытянутой по экватору, что от неё оторвался крупный кусок вещества (возможно, этому способствовали приливные силы Солнца). Из этого вещества впоследствии образовалась Луна. Эту гипотезу поддержал в 1882 году геолог Осмонд Фишер (англ.)русск.: по его мнению, бассейн Тихого океана образовался именно на том месте, где оторвалась от Земли будущая Луна. Гипотеза Дарвина — Фишера приобрела большую популярность и оставалась общепринятой в начале XX века.
Соображения за и против
Отрыв вещества от чрезмерно растянутого экваториального выступа хорошо объясняет имеющийся размер Луны. Этой гипотезе так же хорошо соответствует и меньшая плотность Луны, поскольку она соответствует плотности земной мантии. Современные данные подтверждают и факт более быстрого вращения Земли в далёком прошлом (см. приливное ускорение Луны). Однако, требуемая для центробежного отрыва скорость вращения чрезмерно велика (один оборот Земли за 1-2 часа). Момент импульса вращения Земли в таком случае должен был в 3-4 раза превышать нынешний момент импульса системы Земля — Луна (который и без того необычно высок). Появление у образовавшейся Земли такого момента импульса вращения невозможно объяснить, как невозможно объяснить и его последующее исчезновение. Более низкое, чем у Земли, содержание летучих элементов в лунном веществе не вписывается в данную гипотезу. К тому же, современная теория тектоники литосферных плит считает, что тихоокеанский бассейн в его нынешнем виде существует всего около 70 миллионов лет, и никак не мог образоваться при отрыве мантии от Земли.

Гипотеза захвата

Гипотезу захвата первым выдвинул в 1909 году американский астроном Томас Джефферсон Джексон Си (Thomas Jefferson Jackson See

). По этой гипотезе, Луна образовалась как независимая планета где-то в Солнечной системе, а затем в результате неких пертурбаций перешла на эллиптическую орбиту, пересекающуюся с орбитой Земли. При очередном сближении с Землёй Луна была захвачена гравитацией Земли и стала её спутником.
Соображения за и против За:

• Легенды ряда народов Земли, в частности, догонов, говорят о временах, когда Луны на небе ещё не было, и о появлении на небе нового светила (Луны).
• При подготовке к отправке спускаемой автоматической станции на Луну в ОКБ С. П. Королёва пришлось решать вопрос о её происхождении. Если считать, что Луна вращается вокруг Земли миллиарды лет и, поскольку у неё нет плотной атмосферы, на её поверхности должен был скопиться многометровый слой опадающей из космоса пыли, в котором при посадке утонула бы станция, сконструированная для посадки на твёрдый грунт. В ОКБ разгорелись споры и появилось два подхода к созданию спускаемой части станции. Первый предполагал слой лунной пыли на поверхности и разработку средств посадки и передвижения по такому слою (например, пылевые катера). Второй — что Луна была захвачена Землёй сравнительно недавно и поэтому поверхность Луны, соответственно, твёрдая, на что и можно рассчитывать при посадке. Поскольку не было подтверждённых научных данных, ни один подход не мог взять верх, а учесть оба по техническим причинам было невозможно. Известно, что в этих условиях С. П. Королёв принял волевое решение считать поверхность Луны твёрдой и рассчитывать станцию соответственно:

следует рассчитывать на достаточно твёрдый грунт типа пемзы[1]

Против:

• Захват Луны земной гравитацией мог бы хорошо объяснить высокий момент импульса системы Земля — Луна. Но результаты моделирования показывают, что вероятность захвата Землёй пролетающего тела с массой Луны ничтожно мала. Гораздо более вероятно, что пролетающая планета столкнулась бы с Землёй или наоборот, была бы отброшена гравитацией Земли далеко за пределы земной орбиты. Вариант с возможным захватом требует прохождения Луны на расстоянии меньше предела Роша, то есть Луна, возможно, была бы разорвана действием приливных сил.

• Если бы захват всё-таки произошёл, то Луна, скорее всего, обращалась бы вокруг Земли в противоположном (ретроградном) направлении (как это наблюдается у захваченных лун Юпитера), и по сильно вытянутой эллиптической орбите.

• Малая плотность Луны и отсутствие у неё железного ядра могут быть объяснены, если предположить, что Луна образовалась за пределами зоны планет земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс). Но тогда невозможно объяснить дефицит летучих элементов, которые есть в изобилии в зоне планет-гигантов. Трудно найти в Солнечной системе подходящую область с меньшим содержанием и того, и другого.

• Идентичность соотношения изотопов кислорода на Луне и на Земле совершенно не вписывается в данную гипотезу.

Свою версию гипотезы захвата — с разрушением захваченной планеты приливными силами Земли — предложили в 1989 году Олег Сорохтин и Сергей Ушаков. По их теории, планета с соседней орбиты, названная Протолуной, была захвачена Землёй и перешла на околоземную орбиту. Поскольку новый спутник обращался быстрее вращения планеты, интенсивные приливные силы притягивали его к Земле (одновременно «раскручивая» Землю). Наконец, новообретённый спутник приблизился на расстояние предела Роша и начал разрушаться. Вещество с Протолуны по спирали устремилось к Земле. Затем спутник был практически разорван, его железное ядро упало на Землю, а значительная часть вещества коры осталась на орбите. Из этих обломков начала образовываться Луна, обретая сферическую форму и удаляясь от Земли.

Последнее место гипотезы выглядит слабым: почему Луна стала удаляться от Земли, если до этого Протолуна обращалась быстрее периода вращения Земли и приливные силы Земли тормозили её, приближая к Земле? Неясно также, почему на Землю упало именно железное ядро, а не вещество коры. И наконец, сама возможность столь удачного и «плавного» захвата соседней планеты по-прежнему выглядит крайне маловероятной.

Гипотеза совместного формирования (совместной аккреции)

Впервые подобную гипотезу представил Иммануил Кант в труде по космогонии, в 1755 году. Он предположил, что все небесные тела появились в результате сжатия пылевого облака, а Луна и Земля сформировались вместе, из одного пылевого сгустка: сначала Земля, потом, из оставшегося вещества, Луна. Большим сторонником гипотезы совместной аккреции был знаменитый астроном Эдуард Рош. В Советском Союзе гипотезу коаккреции активно разрабатывала школа Отто Шмидта (Виктор Сафронов, Евгения Рускол и др.). До 1970-х годов гипотеза совместной аккреции считалась наиболее проработанной.

Гипотеза предполагает, что Земля и Луна просто «выросли» на одной орбите как двойная планета, из первоначального протопланетного роя твёрдых частиц. Первой начала формироваться прото-Земля. Когда она набрала достаточную массу, частицы из протопланетного роя захватывались её притяжением и начинали вращаться вокруг зародыша планеты по самостоятельным эллиптическим орбитам. Из этих частиц образовался собственный околопланетный рой. Частицы роя сталкивались между собой, некоторые теряли скорость и падали на прото-Землю. Орбиты других усреднялись между собой — рой приобретал орбиту, близкую к круговой. Затем из этого роя начали формироваться зародыши будущего спутника, Луны.
Соображения за и против
Если Земля и Луна формировались в непосредственной близости, то идентичность кислородно-изотопного соотношения легко объясняется. Но тогда совершенно непонятными становятся различие в плотности двух тел, а также дефицит железа и летучих элементов на Луне. По словам Уильяма Хар. Сторонники гипотезы объясняют это тем, что куски вещества роя при столкновениях дробились, затем тяжёлые железные частицы выпадали на Землю, а силикатная пыль оставалась на орбите. Такое объяснение вряд ли можно признать удовлетворительным: для этого практически все частицы роя должны были предварительно разрушиться до состояния пыли[5]. Сходным образом в этой гипотезе объясняется и дефицит летучих веществ — они испарялись при столкновениях и дроблениях частиц роя. Но для этого частицам пришлось бы сталкиваться на высоких относительных скоростях, а ведь они все, как предполагается, обращались в одном направлении. Притом, аналогичный процесс должен был бы происходить и при формировании Земли и других планет земной группы, но результатов этого не наблюдается. Эта гипотеза также не смогла дать вразумительного объяснения ни большому моменту импульса системы Земля — Луна, ни наклону лунной орбиты в 5° к плоскости земной орбиты[6][7].

Гипотеза испарения

В 1955 году Эрнст Юлиус Эпик выдвинул гипотезу, частично соединяющую гипотезы центробежного разделения и совместного образования. По его версии, прото-Земля, окружённая кольцом бомбардировавших её каменных частиц, от постоянных ударов разогрелась до высокой температуры — около 2000 °C. Значительные массы вещества были выпарены назад, в околоземное пространство. Солнечный ветер сдул летучие элементы, а более тяжёлые компоненты сконденсировались и соединились с материалом вращающихся колец, которые затем слились в один большой кусок вещества — Луну. Если нагревание Земли произошло на поздней стадии её формирования, то к этому времени тяжелые железные породы уже опустились в ядро, а содержание железа в поверхностных слоях Земли было значительно меньше первоначального.
Соображения за и против
Гипотеза испарения очень хорошо объясняет данные о химическом составе Луны, но не может разрешить ни проблему высокого углового момента импульса, ни проблему наклона лунной орбиты. Геологические данные также не подтверждают столь сильный разогрев Земли на стадии формирования: состав пород земной коры свидетельствует, что Земля никогда не была полностью расплавленной.

Гипотеза многих лун

Гипотезу образования одной большой Луны из нескольких спутников представили в 1960-х годах Томас Голд и Гордон Макдональд. Их основная идея состояла в том, что Земле гораздо проще было бы захватить по отдельности несколько пролетавших мимо небольших небесных тел, чем одно крупное. Если Земля «поймала» от шести до десяти мелких лун, то их орбиты в дальнейшем могли изменяться приливными силами. На протяжении примерно миллиарда лет луны могли сталкиваться друг с другом, а из их обломков сформировалась бы Луна.
Соображения за и против
Неправдоподобно выглядит сама возможность захвата Землёй большого количества спутников с их последующим разрушением. Марс имеет два небольших спутника (Фобос и Деймос), которые до сих пор сосуществуют на околомарсианских орбитах. Венера, масса которой близка к земной, вообще не имеет спутников, как и Меркурий. Эта гипотеза также не объясняет идентичность изотопно-кислородного состава Луны и Земли.

Гипотеза столкновения

) в 1975 году. По их предположению, протопланета (её назвали Тейя) размером примерно с Марс столкнулась с прото-Землёй на ранней стадии её формирования, когда наша планета имела примерно 90 % нынешней массы. Удар пришёлся не по центру, а под углом (почти по касательной). В результате большая часть вещества ударившегося объекта и часть вещества земной мантии были выброшены на околоземную орбиту. 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.
Соображения за и против
Гипотеза столкновения в настоящее время считается основной, поскольку она хорошо объясняет все известные факты о химическом составе и строении Луны, а также и физические параметры системы Земля — Луна. Первоначально большие сомнения вызывала возможность столь удачного соударения (косой удар, невысокая относительная скорость) такого крупного тела с Землёй. Но затем было предположено, что Тейя сформировалась на орбите Земли, в одной из точек Лагранжа системы Солнце — Земля. Такой сценарий хорошо объясняет и низкую скорость столкновения, и угол удара, и нынешнюю, почти точно круговую орбиту Земли.

• для объяснения дефицита железа на Луне приходится принимать допущение, что ко времени столкновения (4,5 млрд лет назад) и на Земле, и на Тейе уже произошла гравитационная дифференциация, то есть выделилось тяжёлое железное ядро и образовалась лёгкая силикатная мантия. Однозначных геологических подтверждений этому допущению не найдено.

Гипотеза метеоритной бомбардировки

Является объединением гипотезы столкновения и гипотезы совместного формирования. Предполагается, что Земля постепенно теряла свою массу в результате метеоритной бомбардировки космическими телами размером в десятки и сотни километров. Эти столкновения забросили часть вещества мантии Земли в космическое пространство, где из него образовалась Луна[8].

Рассмотрение гипотез[ | ]

До полётов «Аполлонов» основными в научном мире считались три гипотезы образования Луны: центробежного отделения, захвата, совместной аккреции. В англоязычной литературе их называют «Большой тройкой» (англ. The Big Three).

Гипотеза центробежного отделения[ | ]

Гипотезу отделения Луны от Земли впервые выдвинул Джордж Дарвин, сын знаменитого Чарльза Дарвина, в 1878 году. Он предположил, что Земля, после образования, вращалась с очень высокой скоростью. Под действием центробежных сил планета стала настолько вытянутой по экватору, что от неё оторвался крупный кусок вещества (возможно, этому способствовали приливные силы Солнца). Из этого вещества впоследствии образовалась Луна. Эту гипотезу поддержал в 1882 году геолог Осмонд Фишер (англ.)русск.: по его мнению, бассейн Тихого океана образовался именно на том месте, где оторвалась от Земли будущая Луна. Гипотеза Дарвина — Фишера приобрела большую популярность и оставалась общепринятой в начале XX века.
Соображения за и против
Отрыв вещества от чрезмерно растянутого экваториального выступа хорошо объясняет имеющийся размер Луны. Этой гипотезе хорошо соответствует и меньшая плотность Луны, поскольку она соответствует плотности земной мантии. Современные данные подтверждают и факт более быстрого вращения Земли в далёком прошлом (см. приливное ускорение Луны). Однако требуемая для центробежного отрыва скорость вращения чрезмерно велика (один оборот Земли за 1-2 часа). Момент импульса вращения Земли в таком случае должен был в 3-4 раза превышать нынешний момент импульса системы Земля — Луна (который и без того необычно высок). Появление у образовавшейся Земли такого момента импульса вращения невозможно объяснить, как невозможно объяснить и его последующее исчезновение. Более низкое, чем у Земли, содержание летучих элементов в лунном веществе не вписывается в данную гипотезу. К тому же современная теория тектоники литосферных плит считает, что тихоокеанский бассейн в его нынешнем виде существует всего около 70 миллионов лет, и никак не мог образоваться при отрыве мантии от Земли.

Гипотеза захвата[ | ]

Гипотезу захвата первым выдвинул в 1909 году американский астроном Томас Джефферсон Джексон Си (Thomas Jefferson Jackson See

). По этой гипотезе, Луна образовалась как независимая планета где-то в Солнечной системе, а затем в результате неких пертурбаций перешла на эллиптическую орбиту, пересекающуюся с орбитой Земли. При очередном сближении с Землёй Луна была захвачена гравитацией Земли и стала её спутником.
Соображения за и против За:

• Легенды ряда народов Земли, в частности, догонов, говорят о временах, когда Луны на небе ещё не было, и о появлении на небе нового светила (Луны).
• При подготовке к отправке спускаемой автоматической станции на Луну в ОКБ С. П. Королёва пришлось решать вопрос о её происхождении. Если считать, что Луна вращается вокруг Земли миллиарды лет и, поскольку у неё нет плотной атмосферы, на её поверхности должен был скопиться многометровый слой опадающей из космоса пыли, в котором при посадке утонула бы станция, сконструированная для посадки на твёрдый грунт. В ОКБ разгорелись споры и появилось два подхода к созданию спускаемой части станции. Первый предполагал слой лунной пыли на поверхности и разработку средств посадки и передвижения по такому слою (например, пылевые катера). Второй — что Луна была захвачена Землёй сравнительно недавно и поэтому поверхность Луны, соответственно, твёрдая, на что и можно рассчитывать при посадке. Поскольку не было подтверждённых научных данных, ни один подход не мог взять верх, а учесть оба по техническим причинам было невозможно. Известно, что в этих условиях С. П. Королёв принял волевое решение считать поверхность Луны твёрдой и рассчитывать станцию соответственно:

следует рассчитывать на достаточно твёрдый грунт типа пемзы[1]

Против:

• Захват Луны земной гравитацией мог бы хорошо объяснить высокий момент импульса системы Земля — Луна. Но результаты моделирования показывают, что вероятность захвата Землёй пролетающего тела с массой Луны ничтожно мала. Гораздо более вероятно, что пролетающая планета столкнулась бы с Землёй или наоборот, была бы отброшена гравитацией Земли далеко за пределы земной орбиты. Вариант с возможным захватом требует прохождения Луны на расстоянии меньше предела Роша, то есть Луна, возможно, была бы разорвана действием приливных сил.

• Если бы захват всё-таки произошёл, то Луна, скорее всего, обращалась бы вокруг Земли в противоположном (ретроградном) направлении (как это наблюдается у захваченных лун Юпитера), и по сильно вытянутой эллиптической орбите.

• Малая плотность Луны и отсутствие у неё железного ядра могут быть объяснены, если предположить, что Луна образовалась за пределами зоны планет земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс). Но тогда невозможно объяснить дефицит летучих элементов, которые есть в изобилии в зоне планет-гигантов. Трудно найти в Солнечной системе подходящую область с меньшим содержанием и того, и другого.

• Идентичность соотношения изотопов кислорода на Луне и на Земле совершенно не вписывается в данную гипотезу.

Свою версию гипотезы захвата — с разрушением захваченной планеты приливными силами Земли — предложили в 1989 году Олег Сорохтин и Сергей Ушаков. По их теории, планета с соседней орбиты, названная Протолуной, была захвачена Землёй и перешла на околоземную орбиту. Поскольку новый спутник обращался быстрее вращения планеты, интенсивные приливные силы притягивали его к Земле (одновременно «раскручивая» Землю). Наконец, новообретённый спутник приблизился на расстояние предела Роша и начал разрушаться. Вещество с Протолуны по спирали устремилось к Земле. Затем спутник был практически разорван, его железное ядро упало на Землю, а значительная часть вещества коры осталась на орбите. Из этих обломков начала образовываться Луна, обретая сферическую форму и удаляясь от Земли.

Последнее место гипотезы выглядит слабым: почему Луна стала удаляться от Земли, если до этого Протолуна обращалась быстрее периода вращения Земли и приливные силы Земли тормозили её, приближая к Земле? Неясно также, почему на Землю упало именно железное ядро, а не вещество коры. И наконец, сама возможность столь удачного и «плавного» захвата соседней планеты по-прежнему выглядит крайне маловероятной.

Гипотеза совместного формирования (совместной аккреции)[ | ]

Впервые подобную гипотезу представил Иммануил Кант в труде по космогонии, в 1755 году. Он предположил, что все небесные тела появились в результате сжатия пылевого облака, а Луна и Земля сформировались вместе, из одного пылевого сгустка: сначала Земля, потом, из оставшегося вещества, Луна. Большим сторонником гипотезы совместной аккреции был знаменитый астроном Эдуард Рош. В Советском Союзе гипотезу коаккреции активно разрабатывала школа Отто Шмидта (Виктор Сафронов, Евгения Рускол и др.). До 1970-х годов гипотеза совместной аккреции считалась наиболее проработанной.

Гипотеза предполагает, что Земля и Луна просто «выросли» на одной орбите как двойная планета, из первоначального протопланетного роя твёрдых частиц. Первой начала формироваться прото-Земля. Когда она набрала достаточную массу, частицы из протопланетного роя захватывались её притяжением и начинали вращаться вокруг зародыша планеты по самостоятельным эллиптическим орбитам. Из этих частиц образовался собственный околопланетный рой. Частицы роя сталкивались между собой, некоторые теряли скорость и падали на прото-Землю. Орбиты других усреднялись между собой — рой приобретал орбиту, близкую к круговой. Затем из этого роя начали формироваться зародыши будущего спутника, Луны.
Соображения за и против
Если Земля и Луна формировались в непосредственной близости, то идентичность кислородно-изотопного соотношения легко объясняется. Но тогда совершенно непонятными становятся различие в плотности двух тел, а также дефицит железа и летучих элементов на Луне. По словам Уильяма Хар. Сторонники гипотезы объясняют это тем, что куски вещества роя при столкновениях дробились, затем тяжёлые железные частицы выпадали на Землю, а силикатная пыль оставалась на орбите. Такое объяснение вряд ли можно признать удовлетворительным: для этого практически все частицы роя должны были предварительно разрушиться до состояния пыли[5]. Сходным образом в этой гипотезе объясняется и дефицит летучих веществ — они испарялись при столкновениях и дроблениях частиц роя. Но для этого частицам пришлось бы сталкиваться на высоких относительных скоростях, а ведь они все, как предполагается, обращались в одном направлении. Притом, аналогичный процесс должен был бы происходить и при формировании Земли и других планет земной группы, но результатов этого не наблюдается. Эта гипотеза также не смогла дать вразумительного объяснения ни большому моменту импульса системы Земля — Луна, ни наклону лунной орбиты в 5° к плоскости земной орбиты[6][7].

Гипотеза испарения[ | ]

В 1955 году Эрнст Юлиус Эпик выдвинул гипотезу, частично соединяющую гипотезы центробежного разделения и совместного образования. По его версии, прото-Земля, окружённая кольцом бомбардировавших её каменных частиц, от постоянных ударов разогрелась до высокой температуры — около 2000 °C. Значительные массы вещества были выпарены назад, в околоземное пространство. Солнечный ветер сдул летучие элементы, а более тяжёлые компоненты сконденсировались и соединились с материалом вращающихся колец, которые затем слились в один большой кусок вещества — Луну. Если нагревание Земли произошло на поздней стадии её формирования, то к этому времени тяжелые железные породы уже опустились в ядро, а содержание железа в поверхностных слоях Земли было значительно меньше первоначального.
Соображения за и против
Гипотеза испарения очень хорошо объясняет данные о химическом составе Луны, но не может разрешить ни проблему высокого углового момента импульса, ни проблему наклона лунной орбиты. Геологические данные также не подтверждают столь сильный разогрев Земли на стадии формирования: состав пород земной коры свидетельствует, что Земля никогда не была полностью расплавленной.

Гипотеза многих лун[ | ]

Гипотезу образования одной большой Луны из нескольких спутников представили в 1960-х годах Томас Голд и Гордон Макдональд. Их основная идея состояла в том, что Земле гораздо проще было бы захватить по отдельности несколько пролетавших мимо небольших небесных тел, чем одно крупное. Если Земля «поймала» от шести до десяти мелких лун, то их орбиты в дальнейшем могли изменяться приливными силами. На протяжении примерно миллиарда лет луны могли сталкиваться друг с другом, а из их обломков сформировалась бы Луна.
Соображения за и против
Неправдоподобно выглядит сама возможность захвата Землёй большого количества спутников с их последующим разрушением. Марс имеет два небольших спутника (Фобос и Деймос), которые до сих пор сосуществуют на околомарсианских орбитах. Венера, масса которой близка к земной, вообще не имеет спутников, как и Меркурий. Эта гипотеза также не объясняет идентичность изотопно-кислородного состава Луны и Земли.

Гипотеза столкновения[ | ]

Столкновение Тейи с Землёй, в результате которого, как предполагается, возникла Луна
Основная статья: Гипотеза гигантского столкновения

Гипотеза столкновения была предложена Уильямом Хартманомruen и Дональдом Дэвисом (Donald R. Davis

) в 1975 году. По их предположению, протопланета (её назвали Тейя) размером примерно с Марс столкнулась с прото-Землёй на ранней стадии её формирования, когда наша планета имела примерно 90 % нынешней массы. Удар пришёлся не по центру, а под углом (почти по касательной). В результате большая часть вещества ударившегося объекта и часть вещества земной мантии были выброшены на околоземную орбиту. 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.
Соображения за и против
Гипотеза столкновения в настоящее время считается основной, поскольку она хорошо объясняет все известные факты о химическом составе и строении Луны, а также и физические параметры системы Земля — Луна. Первоначально большие сомнения вызывала возможность столь удачного соударения (косой удар, невысокая относительная скорость) такого крупного тела с Землёй. Но затем было предположено, что Тейя сформировалась на орбите Земли, в одной из точек Лагранжа системы Солнце — Земля. Такой сценарий хорошо объясняет и низкую скорость столкновения, и угол удара, и нынешнюю, почти точно круговую орбиту Земли.

• для объяснения дефицита железа на Луне приходится принимать допущение, что ко времени столкновения (4,5 млрд лет назад) и на Земле, и на Тейе уже произошла гравитационная дифференциация, то есть выделилось тяжёлое железное ядро и образовалась лёгкая силикатная мантия. Однозначных геологических подтверждений этому допущению не найдено.

Гипотеза метеоритной бомбардировки[ | ]

В 2007 году физик Николай Горькавый предположил, что Земля постепенно теряла свою массу в результате астероидной бомбардировки космическими телами размером в десятки и сотни километров[8]. Эти столкновения забросили часть вещества мантии Земли в космическое пространство, где из него образовалась Луна[9]. Гипотеза объясняет, откуда в лунном материале (и у полюсов Луны) вода, которая, согласно гипотезе гигантского столкновения, должна была выкипеть при мегастолкновении. Также новая гипотеза объясняет другое узкое место теории мегаимпакта: почему после столкновения с Тейей не лишилась воды и Земля, ведь она должна была разогреться до полного выкипания океанов. При ряде малых столкновений такого нагрева планеты быть не могло, и она не могла потерять основную массу воды.

Выводы Горькавого в 2014 году были поддержаны московской группой астрономов[10], а в 2020 году — израильскими специалистами[11].

Примечания

1. ↑ 12
   Звёздная дорога Поднебесной (беседа корр. с Д. А. Гулютиным, проработавший 15 лет инженером-испытателем и инженером-конструктором в Государственном космическом научно-производственном центре имени М. В. Хруничева. Сейчас Дмитрий Гулютин — заведующий сектором Отдела музейной педагогики Мемориального музея космонавтики. // Независимая газета, 2012 г., 25 апреля
2. ↑ 123
   Хейзен, 2020, с. 49.
3. ↑ 12
   Хейзен, 2020, с. 56.
4. Стюарт, 2020, «Непостоянная Луна», с. 80.
5. Андреев В. Д.
   Избранные проблемы теоретической физики.. — Киев: Аванпост-Прим,. — 2012.
6. Андреев В. Д. Кинематические механизмы образования наклонов орбит и осей вращения в системе двух гравитационно связанных масс //Новейшие проблемы теории поля 2007-2008 (под ред. А.В.Аминовой), Изд-во Казанск. ун-та, Казань, 2009, с.64-76. //также в кн. Андреев В. Д.
   Избранные проблемы теоретической физики. — Киев: Аванпост-Прим, 2012.
7. V.D.Andreyev. The problem of the orbits and rotation axes in the planetary sistems //Astrokazan-2011: Internat. Astron. Congress: Reports.- Kazan, 2011, P. 198 – 206
8. Николай Горькавый, Валентина Прокофьева-Михайловская.
   Двойные австероиды и одиночество Луны // Наука и жизнь. — 2020. — № 11. — С. 44-52.
9. Галимов Э.
   Происхождение Луны. Российская концепция против «американской» // Земля и Вселенная. — 2005. — № 6.
10. Э. Галимов.
    Научная мысль как планетное явление // Наука и жизнь. — 2020. — № 1. — С. 19.
11. E. M. Galimov, A. M. Krivtsov.
    Origin of the Moon. New concept. Geochemistry and Dynamics. — Berlin, Boston: DeGruyter & Co., 2012. — ISBN 978-3-11-028640-3.

Литература

• W. K. Hartmann & D R. Davis: Satellite-Sized Planetesimals and Lunar Origins
  , Icarus 24 (1975): 504—515.
• Hartmann, W. K., et al., eds 1986: Origin of the Moon
  (Houston: Lunar and Planetary Institute)
• Dana Mackenzie, «The Big Splat, or How Our Moon Came to Be
  », 2003, John Wiley & Sons, ISBN 0-471-15057-6.
• Роберт Хейзен.
  История Земли: От звездной пыли — к живой планете: Первые 4 500 000 000 лет = Robert Hazen. The Story of Earth. The First 4.5 Billion Years, from Stardust to Living Planet. — М.Исторические взгляды на происхождение Луны: Альпина Нон-фикшн, 2020. — 364 p. — ISBN 978-5-91671-706-8.
• Иэн Стюарт.
  Математика космоса. Как современная наука расшифровывает Вселенную. = Stewart Ian. Calculating the Cosmos: How Mathematics Unveils the Universe. — Альпина Паблишер, 2020. — 542 p. — ISBN 978-5-91671-814-0..