І знову про походження Місяця

1. злиплі астероїди
2. зіткнення планет
3. Мегаімпакта тріщить по швах
4. нові моделі
5. Одна з сотень лун
6. Новий погляд

злиплі астероїди

Як виникла Місяць, чудесним чином повисла над нашими головами і до сих пір не впала вниз? Над цим питанням люди замислювалися тисячі років, але тільки останні півстоліття пропоновані теорії стали науковими, а не фантастичними. У 1975 році доктор наук Євгена Рускол, представник радянської школи планетологов Шмідта - Сафронова і дружина Віктора Сафронова, випустила книгу "Освіта Місяця", в якій було розбудовано концепція виникнення Місяця з дрібних астероїдів. На думку Рускол, астероїди пролітали біля Землі, взаємно соударяющихся і як результат утворили плоский диск навколо нашої планети, схожий на кільця Сатурна. Речовина цього диска пізніше зібралося - або аккреціровало, як кажуть планетологи, - в єдиний клубок, який і став Місяцем.

У моделі аккреционного освіти було три серйозних недоліки: такий диск був занадто маломасивних, щоб пояснити освіту важкої Місяця (1,2 відсотка від маси Землі); кутовий момент у системи Земля - ​​Місяць опинився б менше спостережуваного; хімічний же склад такої "аккреционного" Місяця повинен бути близький до метеоритного. тоді як зразки місячного ґрунту, привезені американськими експедиціями "Аполлона" і радянськими автоматами, показували, що на Місяці набагато менше заліза, ніж в метеоритах, і приблизно настільки ж мало, як в мантії Землі, звідки важке залізо виплавилася і опустилося до центру планети, утворивши залізне ядро.

зіткнення планет

Для пояснення хімічного складу Місяця, а також її великої маси і кутового моменту, американці Білл Хартманн і Дональдс Девіс в тому ж 1975 року висунули сміливу теорію мегаімпакта, по якій 4,5 мільярда років назад на Землю налетіла величезна планета (Тея, як назвали її згодом) розміром з Марс. В результаті цього суперударів частина уламків вийшла на орбіту навколо Землі і стала Місяцем. Основну частину своєї маси Місяць отримала з цього тіла. Гігантська зіткнення хвилювало уяву як самого Білла Хартманна, талановитого космічного художника, так і широкої публіки, вихованої на голлівудських фільмах-катастрофах.

Модель мегаімпакта швидко стала домінуючою в американській теоретичній планетології, як і теорія інфляції в космології або теорія струн в квантовій фізиці.

Мегаімпакта тріщить по швах

Тому проти теорії мегаімпакта виступили не теоретики, а експериментатори-геохімік (їх заперечення підсумовані в статті Дж. Джонса і Х. Пальме, що вийшла в 2000 році в відомому Арізони збірнику за освітою Місяця). Вони показали, що модель мегаімпакта категорично суперечить геохімії. Наприклад, мегаімпакта мав розплавити як Місяць, так і Землю, перетворивши їх поверхню в океан рідкої магми. Але геохімічні дані відкидають наявність лавового океану на Землі і Місяці. Або ж сучасна мантія Землі диференційована помітно слабкіше, ніж було б при існуванні стародавнього океану розплавленої магми. Але критика космохіміков була проігнорована. Як нерідко трапляється, якщо факти суперечать сучасним теоріям, то тим гірше для фактів.

Модель мегаімпакта ускладнила і проблему походження земних океанів. Якщо не поспішаючи зібрати Місяць і Землю з астероїдів, то в них виявиться досить багато води, щоб наповнити земні моря. Але якщо створювати нашу планету мегаімпакта, то з водою буде біда. Як відзначили американські астрономи Д. Джуіттом і Е. Юнг в 2015 році: "Енергія цього глобального удару змітає більшу частину атмосфери, миттєво випаровує будь-які водні океани і створює океан магми глибиною в сотні кілометрів. Незалежно від того, утворилася Земля вологою або сухою, нищівної вплив удару, що сформував Місяць, мало очистити Землю від практично всієї первинної води ".

Випарувавши земні океани мегаімпакта, астрономи почали безуспішно ламати голови над механізмом постімпактной доставки води на Землю, але придумані теорії (падіння комет) суперечать даним за ізотопним складом нинішніх океанів.

Космохімікі не заспокоїлися і показали, що кисень, що входить до складу місячних мінералів, практично точно збігається за ізотопним складом з киснем в земній речовині. Це спростовує результат теорії мегаімпакта, по якій 60-80 відсотків маси Місяця прийшло з Теи, у якій повинен бути свій, абсолютно різний ізотопний склад.

нові моделі

Для пояснення ізотопного рівності Місяця і Землі, прихильники мегаімпактной теорії стали досліджувати ще більш катастрофічні моделі, в яких маса Теи зросла до маси Землі. У сценарії лобового зіткнення двох рівних планет, частина речовини випаровується і утворює спільну газову оболонку навколо Землі і Місяця, в якій всі ізотопи добре перемішуються. Це виглядало не надто переконливо навіть для кисню і зовсім стало дивно, коли невгамовні космохімікі довели ізотопне рівність титану з Місяця і Землі. Але прихильники мегаімпакта звикли до екстремальних умов - вони придумали титанову атмосферу, що обіймає обидві планети! У моделях зіткнення двох однакових планет загострилася і стара проблема відсутності ознак розплавлення Землі.

Каліфорнійські дослідники Матія Чук і Сара Стюарт в 2012 році опублікували в Science статтю, де рушили в зворотному напрямку і розглянули ударницю-Тею з масою всього лише в 0,5-10,0 відсотків від земної. Цим вони вирішили ізотопну проблему: при менш катастрофічних зіткненнях Місяць утворюється в основному з речовини Землі, а не Теи. Але при зменшенні маси ударника знову виринула стара проблема дефіциту кутового моменту системи Місяць - Земля. Чук і Стюарт спробували її подолати припущенням дуже швидкого - в 10 разів швидше, ніж зараз - обертання Землі до мегаімпакта.

Тут в голови навіть самих твердих прихильників цієї теорії стало проникати розуміння, що вона не працює так, як треба. Королівське астрономічне товариство скликало спеціальний симпозіум в Лондоні 23-24 вересня 2013 року для обговорення проблем теорії мегаімпакта. Стаття в журналі Science, присвячена цій зустрічі, називалася "Імпактний теорія вимоталася".

31 жовтня 2016 року Чук і Стюарт опублікували разом з Дугласом Гамільтоном з Мерілендського університету і Симоном Локом з Гарварда, статтю в Nature, де продовжили розвиток моделі бистровращающейся (в добі 2,5 години) протоземля і невеликий Тейи. Для збігу з нинішніми параметрами системи Земля - ​​Місяць, автори поклали протоземля набік (на 70 градусів), перш ніж торохнути по ній Тейєю. Після чого за допомогою сонячних резонансів орбіту Місяця довели до справжніх 5 градусів нахилу до екватора Землі.

Так як катастрофічні моделі мають багато вільних параметрів, то їх варіантів можна створити чимало. Важко оцінити цю роботу в Nature як проривних ще й тому, що, сфокусувавшись на проблемах нахилу місячної орбіти і інших динамічних параметрах, автори нової модифікації старої моделі мегаімпакта як і раніше ігнорують факт відсутності океанів магми на Місяці і Землі, проблему мегаімпактного випаровування земних океанів, наявність яких на нашій планеті оскаржити непросто, і безліч інших геохімічних і динамічних проблем цієї теорії.

Одна з сотень лун

Найголовніша причина, по якій теорію мегаімпакта важко вважати задовільною, - це її моральна застарілість. Ця катастрофічна модель унікального удару була створена для пояснення унікальної Місяця, в 70-х роках найпотужнішого супутника Сонячної системи (мова йде про відносну масі). Але за минулі 50 років з'ясувалося, що нічого унікального в Місяці немає, якщо не брати до уваги того, що вона світить земним поетам і закоханим. Так, Харон, супутник Плутона, відкритий в 1978 році, має відносну масу в 12 відсотків від карликової планети.

З кінця 80-х років почалася епоха відкриття супутників у астероїдів, і зараз їх знайдено майже 300 штук - з відносною масою до одиниці. Вивчення всього масиву супутників Сонячної системи показує, що Місяць із Землею - це лише точка в середині розподілу супутників у планет з твердою поверхнею. Близько 15 відсотків астероїдів, навіть найменших, мають супутники, які явно утворені не в ході катастрофи, а за допомогою регулярного, часто реалізується механізму. Теорія мегаімпакта, щільно зав'язана на сильну гравітацію масивної Землі, таким механізмом явно не є. Абсолютно незрозуміло, чому для всього масиву супутників твердих планет працює некатастрофічних механізм, а для однієї, нічим не виключною системи - особливий сценарій мегаімпакта.

Новий погляд

За останні роки три групи планетологов - з Кримської астрофізичної обсерваторії (основна робота опублікована в Известиях КрАО в 2007 році), а також ізраїльська команда Руфа - Ааронсона з Вейцмановского інституту (стаття A multiple impact hypothesis for Moon formation) в працях Аризонской місячно-планетної конференції за 2015) - незалежно один від одного висунули модель, за якою творіння Місяця було викликано не одним мегаімпакта, а багатьма ударами набагато менших тіл з радіусом від 10 до 1000 кілометрів. Згідно з розрахунками московських фахівців, максимальний розмір падаючих тіл на Землю не перевищував одного відсотка від маси блакитної планети, тобто був "місячних", а не "марсіанських" масштабів. Це відразу робить модель мегаімпакта нереалістичною.

Супутники твердих планет і сама Місяць є самоорганизующимися структурами, які виростають, харчуючись летять з поверхні планети уламками. Наявність диска навколо Землі (такі диски відкриті і біля астероїдів-Центавра Харікло і Хирона) допомагає висновку на стабільну орбіту викинутої речовини. Досить створити зовсім невеликий диск навколо планети або астероїда, як він починає ефективно перехоплювати вилітають з планети уламки, причому сортуючи їх: зворотні (по відношенню до обертання диска і планети) частки скидаються на планету, а прямі захоплюються в диск, збільшуючи його масу. Розрахунки показують, що в результаті навіть изотропного (однакового з усіх напрямків) обстрілу планети астероїдами навколо неї виростає прямої диск, тобто обертається в тому ж напрямі, що і сама планета.

Мультіімпактная модель не вимагає розплавлення Землі і практично неможливо унікального зіткнення. У такій моделі океани на Землі зберігаються, а ізотопний склад Місяця збігається зі складом земної мантії. Мультіімпактная модель поєднує в собі найбільш важливі і достовірні моменти теорії мегаімпакта (викид речовини земної мантії в космос при зіткненні з великим тілом) і аккреционного моделі (існування долгоживущего протоспутнікового диска), одночасно позбавляючись від труднощів обох концепцій.