5 теорий о происхождении Луны — T&P
Несмотря на то, что Луна — ближайшее к нам небесное тело, ученые так и не могут однозначно объяснить ее происхождение. Программа полетов «Аполлон» должна была разрешить эту загадку, но на деле лишь поставила под сомнение все три основные теории. А теперь появились и новые варианты. «Теории и практики» выбрали пять основных гипотез и взвесили «за» и «против».
Сегодня основной версией происхождения Луны считается теория гигантского столкновения. Ученые считают, что наш спутник появился после того, как молодая Земля порядка 4,4 млрд. лет назад столкнулась с другой планетой. Это гипотетическое небесное тело получило неофициальное название Тейя — в честь матери лунной богини Селены в греческой мифологии.
Предполагается, что Тейя сформировалась в точке Лагранжа L4 системы Солнце-Земля и находилась на одной орбите с Землей. Две протопланеты постоянно разделяло определенное расстояние. Однако так продолжалось лишь до тех пор, пока масса Тейи не стала слишком большой.
Тогда она начала по узкой синусоиде приближаться к Земле и столкнулась с ней. Удар пришелся по касательной и буквально вывернул нашу планету наизнанку. Часть расплавленной материи выбило на орбиту, где из нее постепенно образовался спутник.
Однако главное было еще впереди. Когда на Земле появилось достаточно воды и тверди, Луна начала вызывать на ней приливы и отливы. Раз за разом наполненная химическими веществами вода накрывала пустынные прибрежные территории, а затем отступала, предоставляя Солнцу нагревать мокрую землю. Со временем в этой «лаборатории» из смеси фосфата, простейших азотистых соединений и простейших углеводов могли появиться нуклеотиды, а затем — первая самореплицирующаяся РНК.
Графические модели гигантского столкновения выглядят очень зрелищно, впрочем, этим достоинства теории мегаимпакта не исчерпываются. Гипотеза хорошо объясняет необычайно высокий момент импульса в системе Земля-Луна — иначе говоря, большое количество вращательного движения, поскольку удар, очевидно, сильно раскрутил планету.
Объясним в этом случае и низкий наклон лунной орбиты. Также становится понятно, почему химический состав коры спутника похож на состав земной мантии и почему у Луны такое маленькое ядро. Однако есть в теории и уязвимые места. В частности, она не может объяснить, почему в лунном грунте присутствуют легкие изотопы разных элементов, которые в случае с гигантским столкновением должны были испариться.
В советской и современной российской науке господствует теория о том, что Луна и Земля сформировались из общего пылевого облака. Согласно этой точке зрения, зародышу планеты не удалось притянуть к себе все частицы, находившиеся в зоне его досягаемости, и они остались на орбите. В результате вблизи новорожденной Земли появился спутник, состоявший из той же материи, что и планета.
Теория совместного формирования существует довольно давно и входит, в числе прочих, в так называемую «Большую тройку» гипотез происхождения Луны, которые считались основными до полетов «Аполлона». В отличие от двух других вариантов, она сохраняет актуальность до сих пор.
Эта теория способна объяснить то, что не объясняет ни одна другая: идентичность породы лунной коры и породы земной мантии по соотношению стабильных изотопов кислорода. Однако если бы Луна, и правда, сформировалась вместе с Землей, ее железо-никелевое ядро не было бы таким миниатюрным. Также теория не дает ответа на вопрос о высоком моменте импульса между Луной и Землей и наклоне лунной орбиты.
Гипотеза центробежного отделения стала одной из первых весомых научных попыток объяснить происхождение Луны и также вошла в «Большую тройку». Эту теорию выдвинул в 1878 году сын Чарльза Дарвина, астроном и математик Джорж Дарвин. Он предположил, что в ранние годы своего существования Земля вращалась так быстро, что под действием центробежной силы часть материи оторвалась от нее в области экватора, попала на орбиту и образовала Луну. На Земле же в месте «отрыва» появилась огромная полость, которая позже стала бассейном Тихого океана.
Сегодня факты подтверждают, что в ранние годы своего существования наша планета вращалась быстрее, чем сегодня.
Однако для того, чтобы сбросить с себя такой большой кусок мантии, Земля должна была совершать один полный оборот вокруг своей оси всего за 2-3 часа, а это для нее было бы слишком. Кроме того, данные геологических исследований указывают на то, что бассейн Тихого океана образовался порядка 70 млн. лет назад. Для появления Луны это чересчур поздно.
Теория захвата Луны Землей, еще один экс-участник «Большой тройки», говорит о том, что когда-то спутник был самостоятельной планетой Солнечной системы. В результате неких гравитационных потрясений его орбита приняла форму эллипса и пересеклась с земной. Здесь сила притяжения нашей планеты захватила Луну, и та навсегда потеряла самостоятельность.
На ранних этапах своего существования Солнечная система действительно переживала настоящие гравитационные бури. Возмущение, вызванное формированием Юпитера и его орбитальным резонансом с Сатурном, было так велико, что могло, к примеру, препятствовать формированию еще одной планеты на месте пояса астероидов.
Однако даже если подобные силы могли повлиять на молодую планету Луну, вероятность того, что ее не разорвали бы на земной орбите приливные силы, не притянуло бы к Земле или не отбросило бы прочь гравитацией, очень мала. Теория захвата хорошо объясняет высокий момент импульса, но не дает никакого ответа на вопрос, почему земной и лунный грунт так похожи по своему составу.
В 70-е годы XX века на Западе появилась теория, говорившая о том, что Луна — это своего рода конденсат. Сторонники гипотезы утверждали, что Земля сильно разогрелась из-за постоянных космических «бомбардировок», и множество различных веществ с нее испарилось в пространство. Летучие элементы сдул солнечный ветер, а вот их более тяжелые «соседи» со временем образовали спутник.
Гипотеза испарения также хорошо объясняет, почему химический состав лунной коры так похож на состав земной мантии. Однако как быть с высоким моментом импульса и наклоном орбиты? Кроме того, сегодня благодаря исследованиям мы знаем, что наша планета никогда не разогревалась так сильно, чтобы расплавиться целиком.
Наталия Киеня
Теги
#астрофизика
#Луна
#наука
- 29 516
ТЕОРИЯ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЗЕМЛИ 2-й ПОЛОВИНЫ XX ВЕКА И НАЧАЛА XXI ВЕКА
Ключевые слова: происхождение Земли и планет, протопланетное (допланетное) облако, планетезимали, планетная космогония
Список литературы: Адушкин В.В., Витязев А.В. Происхождение и эволюция Земли: современный взгляд // Вестн. РАН. 2007. Т. 77, № 5. С.396-402.Витязев А.В., Печерникова Г.В., Сафронов В.С. Планеты земной группы: Происхождение и ранняя эволюция. М.: Наука, 1990. 296 с.
Вопросы космогонии / Отв. ред. Б. В. Кукаркин. М.: Изд-во АН СССР. Т. I, 1952; T. II, 1954; T. III, 1954; T. IV, 1955; T. V, 1957; T. VI, 1958; T. VII, 1960; T. VIII, 1962; T. IX, 1963; T. X, 1964.
Гуревич Л.Э., Лебединский А.И. Об образовании планет. I, II, III // Изв. АН СССР. Сер. Физ. 1950. Т. 14, № 6. С.765-799.
Дорофеева В.А., Макалкин А.Б. Эволюция ранней Солнечной системы.
Космохимические и физические аспекты. М.: УРСС, 2004. 264 с.
Ипатов С.И. Миграция небесных тел в Солнечной системе. М.: УРСС, 2000. 318 с.
Кусков О.Л., Дорофеева В.А., Кронрод В.А., Макалкин А.Б. Системы Юпитера и Сатурна: Формирование, состав и внутреннее строение крупных спутников. М.: Издательство ЛКИ / URSS. 2008. (В печати).
Левин Б.Ю. О расстояниях и массах планет // Вопросы космогонии. 1960. Т. 7. С.55-58.
Левин Б.Ю. Происхождение Земли и планет. 4-е изд. М.: Наука, 1964. 116 с.
Рузмайкина Т.В., Маева С.В. Исследование процесса формирования Солнечной туманности // Астрон. вестн. 1986. Т. 20. С. 212-227.
Рускол Е.Л. К вопросу об образовании протопланет // Вопросы космогонии. 1960а. Т. 7. С.8-14.
Рускол Е.Л. О происхождении Луны. I // Астрон. журн. 1960б. Т.37. N4. С.690-702; II // Астрон. журн. 1963. Т. 40, № 2. C.288-296.
Рускол Е.Л. Происхождение Луны. М.: Наука, 1975. 188 с.
Рускол Е.Л. Происхождение спутников Юитера и Сатурна в аккреционных дисках // Астрон.
вестн. 2006. Т. 40. С.499-504.
Сафронов В.С. О росте планет в протопланетном облаке // Астрон. журн. 1954. Т. 31, № 6. С.499-510.
Сафронов В.С. О гравитационной неустойчивости в плоских вращающихся системах с осевой симметрией // Докл. АН СССР. 1960а. Т. 130, № 1. С.53-56.
Сафронов В.С. К вопросу об образовании и эволюции протопланетных пылевых сгущений // Вопросы космогонии. 1960б. Т. 7. С.121-141.
Сафронов В.С. Частный случай решения уравнения коагуляции // Докл. АН СССР. 1962а. Т. 147, № 1. C. 64-67.
Сафронов В.С. О дисперсии скоростей во вращающихся системах гравитирующих тел с неупругими столкновениями // Вопросы космогонии. 1962б. Т. 8. С.168-179.
Сафронов В.С. Размеры наибольших тел, падавших на планеты в процессе их образования // Астрон. журн. 1965. Т. 42, № 6. C.1270-1276.
Сафронов В.С. Эволюция допланетного облака и образование Земли и планет. М.: Наука, 1969. 244 с. Англ. пер.: Safronov V.S. Evolution of the protoplanetary cloud and the formation of the Earth and the planets.
Washington: NASA TTF 677, 1972. 206 p.
Сафронов В.С., Рускол Е.Л. О гипотезе турбулентности в протопланетном облаке // Вопросы космогонии 1957. Т. 5. С.22-46.
Труды I совещания по вопросам космогонии, 16-19 апреля 1951 г. / Ред. И.Г. Петровский. М.: Изд-во АН СССР, 1951. 373 с.
Фридман А.М. [Из предисловия] // Избранные труды В.С. Сафронова. М.: ОИФЗ РАН, 2002. Т. 1. С. 4-5.
Шмидт О.Ю. Метеоритная теория происхождения Земли // Докл. АН СССР. 1944. Т. 45, № 6. C.245-249.
Шмидт О.Ю. Четыре лекции о теории происхождения Земли. М.: Изд-во АН СССР, 1949. 70 с.; 2-е изд. (доп.). 1950. 95 с.; 3-е изд. (доп.). 1957. 140 с.
Шмидт О.Ю. О происхождении астероидов // Докл. АН СССР. 1954. Т. 96, № 3. С. 449-452.
Asteroids / Ed. T. Gehrels. Tucson: Univ. Ariz. Press, 1979.
Asteroids II / Eds. R.P. Binzel, T. Gehrels, M.S. Matthews. Tucson: Univ. Ariz. Press, 1989.
Asteroids III / Eds. W. Bottke, A. Cellino, P. Paolicchi, R.P. Binzel. Tucson: Univ.
Ariz. Press, 2003.
Beckwith S.V.W., Sargent A.I., Chini R.S., Guesten R. A survey for circumstellar disks around young stellar objects // Astron. J. 1990. Vol. 99. P.924-945.
Brush S.G. Theories of the origin of the solar system 1956-1985 // Rev. Mod. Phys. 1990. Vol. 62, N 1. P.43-112.
Canup R.M., Ward W.R. Formation of the Galilean satellites: conditios of accretion // Astron. J. 2002. Vol. 124. P. 3404-3423.
Edgeworth K.E. The origin and evolution of the Solar system // Month. Not. Roy. Astr. Soc. 1949. Vol. 109, N 5. P.600-609.
Kaula W.M. Book review: The Origin… // Icarus. 1996. Vol. 123. P. 584.
Kokubo E., Ida S. Oligarchic growth of protoplanets // Icarus. 1998. Vol. 131. P. 171-178.
Lissauer J.J., Safronov V.S. The random component of planetary rotation // Icarus. 1991. Vol. 93, N 2. P.260-271.
Lissauer J.J., Stevenson D.J. Formation of giant planets // Protostars and Planets V / Eds. B. Reipurth, D. Jewitt, K. Keil. Tucson: Univ.
Ariz. Press, 2007. P. 591-606.
On the origin of the Solar system / Ed. H. Reeves (Nice Symp.) Paris: CNRS, 1972. Рус. пер.: Происхождение Солнечной системы. М.: Мир, 1976.
Origin of the Earth and Moon / Eds. R.M. Canup, K. Righter. Tucson: Univ. Ariz. Press. Sp. Sci. Series, 2000. 555 p.
Origin of the Moon / Eds. W.K. Hartmann, R.J. Phillips, G.J. Taylor. Houston: Lunar and Planetary Institute, 1986. 781 p.
Pater I., de, Lissauer J.J. Planetary Sciences. Cambridge: Univ. Press, 2004. 528 p.
Peale S.J., Cassen P., Reynolds R.T. Melting of Io by tidal dissipation // Science. 1979. Vol. 203. P.892-894.
Protostars and Planets / Ed. T. Gehrels. Tucson: Univ. Ariz. Press, 1978. Рус. пер.: Протозвезды и планеты. В 2 ч. М.: Мир, 1982. 870 c.
Protostars and Planets II / Eds. D.C. Black, M.S. Mattews. Tucson: Univ. Ariz. Press, 1985.
Protostars and Planets III / Eds. E.H. Levy, J.I. Lunine. Tucson: Univ. Ariz. Press, 1993.
Protostars and Planets IV / Eds.
V. Mannings, A.P. Boss, S.S. Russell. Tucson: Univ. Ariz. Press, 2000.
Protostars and Planets V / Eds. B. Reipurth, D. Jewitt, K. Keil. Tucson: Univ. Ariz. Press, 2007.
Safronov V.S. Ejection of bodies from the solar system in the course of the accumulation of the giant planets and the formation of the cometary cloud // The motion, evolution of orbits and origin of comets / Eds. G.A. Chebotarev, E.I. Kazimirchak-Polonskaya, B.G. Marsden. Dordrecht: Reidel, 1972. P.329-334.
Safronov V.S., Pechernikova G.V., Ruskol E.L., Vitjazev A.V. Protosatellite swarms // Satellites / Eds. J.A. Burns, M.S. Mattews. Tucson: Univ. Ariz. Press, 1986. P. 284-296.
Stevenson D.J. Origin of the Moon — the сollision hypothesis // Ann. Rev. Earth and Planet. Sci. 1987. Vol. 15. P. 271-315.
Tanga P., Weidenschilling S.J., Michel P., Richardson D.C. Gravitational instability and clustering in a disk of planetesimals // Astron. Astrophys. 2004. Vol. 427. P.1105-1115.
The origin of the Solar system.
Soviet Research 1925-1991 / Eds. A.E. Levin, S.G. Brush. N.Y.: Amer. Inst. of Physics, 1995. 415 p.
Thommes E.W., Duncan M.J., Levison H.F. Oligarchic growth of giant planets // Icarus. 2003. Vol. 161. P. 431-455.
Yin Q., Jacobsen S.B., Yamashita K. et al. Short timescale for terrestrial planet formation from Hf-W chronometry of meteorites // Nature. 2002. Vol. 418. P.949-952;
Kleine T., Muenker C., Mezger K., Palme H. Rapid accretion and early core formation on asteroids and the terrestrial planet from Hf-W chronometry // Nature. 2002. Vol. 418. P.952-955.
Объяснение образования Земли и Луны
Серия объяснений
Узнайте больше о прорывах, впервые реализованных в Чикагском университете
К Саша Уоррен
Земля образовалась более 4,6 миллиардов лет назад из смеси пыли и газа вокруг молодого Солнца.
Он стал больше благодаря бесчисленным столкновениям между частицами пыли, астероидами и другими растущими планетами, включая один последний гигантский удар, выбросивший в космос достаточно камней, газа и пыли, чтобы сформировать Луну.
Хотя горные породы, которые отражают самые ранние этапы истории Земли, были разрушены или деформированы за более чем четыре миллиарда лет геологии, ученые могут использовать современные горные породы, образцы Луны и метеориты, чтобы выяснить, когда и как сформировались Земля и Луна, а также что они, возможно, когда-то выглядели так.
Перейти к разделу:
- Как образовались Земля и Луна?
- Как и когда образовалась ранняя Земля?
- Как образовалась Луна?
- Когда образовалась Луна?
- Как выглядела ранняя Земля?
- Как выглядела ранняя луна?
- Какие вопросы остаются?
Земля, как и все другие планеты Солнечной системы, начала свою жизнь как диск из пыли и газа, вращающийся вокруг молодого Солнца.
Частицы пыли были собраны силами сопротивления, чтобы сформировать глыбы породы, которые превратились в «планетезимали» диаметром от десятков до сотен миль, а затем в «протопланеты» размером с Марс, сталкиваясь друг с другом.
Земля выросла до своего окончательного размера в результате последнего крупного столкновения с другим объектом размером с Марс. Это последнее столкновение, также известное как «лунообразующее столкновение», было настолько сильным, что — в дополнение к добавлению большого количества материала на Землю — было достаточно энергии, чтобы испарить часть камня и металла как с протоземли, так и с Земли. воздействующий объект. Этот пар образовал диск вокруг Земли, который в конечном итоге остыл и слипся, превратившись в Луну.
Мы знаем это благодаря тщательным исследованиям метеоритов и образцов горных пород, в том числе в Чикагском университете, в 20-м и 21-м веках.
Понимание того, как сформировались Земля и Луна, важно для того, чтобы собрать воедино историю Солнечной системы и ответить на такие вопросы, как время формирования планет, из чего состоят планеты и что делает планету пригодной для жизни.
Теперь ученые считают, что история Земли началась около 4,6 миллиарда лет назад в дисковидном облаке пыли и газа, вращающемся вокруг раннего Солнца и состоящем из материала, оставшегося после формирования Солнца.
Внутри этого диска частицы газа и пыли разного размера вращаются вокруг Солнца с немного разными скоростями, что позволяет им сталкиваться друг с другом и слипаться. В конце концов, они превратились из крошечных пылинок в валуны, а затем в более крупные «планетезимали», диаметр которых варьировался от миль до сотен миль.
Поскольку эти планетезимали были крупнее валунов, они обладали достаточно сильной гравитацией, чтобы стягивать соседние планетезимали с орбит и поглощать их в результате столкновений, что позволяло некоторым планетезималям становиться все больше и больше, пока не достигало тысяч миль в диаметре — примерно размером с Луна и Марс.
Откуда мы знаем?
Ключ — метеориты. Метеориты приносят на Землю множество различных материалов со всей Солнечной системы, где ученые могут их изучать. Эти материалы включают хондры — крошечные кусочки пыли и камня, которые уцелели еще до образования планет, а также кусочки астероидов и планетезималей, оставшиеся в процессе строительства планет. Радиоактивные элементы, такие как уран и гафний, задерживаются внутри минералов, из которых состоят эти объекты, когда они формируются, что позволяет ученым-планетологам определить, сколько им лет.
Используя эти измерения и моделирование физики пыли и столкновений планетезималей, планетологи и астрономы установили, что процесс превращения пыли в протопланету занимает десятки миллионов лет.
Но финальная стадия формирования планет в нашей Солнечной системе могла занять гораздо больше времени — до ста миллионов лет или около того. Это было не только последнее крупное добавление материала к Земле, но и событие, которое сформировало Луну — и это одна из самых обсуждаемых частей истории.
Ученые предложили несколько различных теорий образования Луны. Однако история, которая лучше всего подтверждается всеми доступными данными, состоит в том, что Луна образовалась во время гигантского столкновения между прото-Землей и другой протопланетой размером примерно Марс, иногда известный как «Тейя».
Согласно этой теории, Луна образовалась из обломков удара — смеси расплавленной породы и горячего газа — выброшенных в космос в результате удара, потенциально сформировав диск материала, известный как «лунная синестия».
Альтернативные теории, предложенные учеными, включают:
- Луна оторвалась от Земли («Теория деления»)
- Луна образовалась в другом месте Солнечной системы и была захвачена гравитацией Земли («Теория захвата»)
- Земля и Луна образовались из протопланетного диска одновременно («Соформация»)
Откуда мы знаем?
Образцы горных пород с Луны, доставленные на Землю лунными метеоритами и высадкой на Луну Аполлона, могут быть использованы для понимания истории Луны и ее связи с Землей через химический состав их минералов.
Ученые-планетологи, такие как профессор Николас Дофас и профессор Энди Дэвис с факультета геофизических наук Чикагского университета, проводят точные измерения лунных образцов, чтобы точно определить, из чего они сделаны, и определяют химические следы различных геологических процессов, таких как плавление и перемешивание горных пород и испарение газов.
Первая большая подсказка о том, откуда появилась Луна, связана с кислородом. Кислород, как и многие другие элементы, может существовать в нескольких формах, известных как изотопы. Различные типы метеоритов, прилетающие из астероидов, оставшихся в Солнечной системе после образования планет, имеют разные пропорции каждого из этих изотопов кислорода. Итак, измеряя изотопы кислорода на данной планете, планетологи могут рассчитать различные типы астероидов, которые столкнулись, чтобы сформировать планету. Лунные образцы имеют очень похожий состав изотопов кислорода на Землю.
Некоторые ученые считают, что изотопы кислорода появились потому, что объект, упавший на Землю, состоял из той же смеси метеоритов, что и сама Земля, что потенциально позволяет предположить, что планета-ударник образовалась недалеко от Солнечной системы.
Другие ученые предполагают, что после удара весь кислород смог перемещаться в горячем паре, окружающем Землю и Луну, смешивая все различные изотопы кислорода и стирая все первоначальные различия между Землей и Тейей.
Однако между химией Земли и Луны тоже есть много различий. При высоких температурах, достигаемых во время планетных столкновений, многие элементы, которые мы не привыкли считать газами, например, калий, цинк и натрий, могут существовать в виде пара. Концентрации этих «летучих» элементов в лунных породах намного ниже, чем в породах на Земле.
Одна из возможностей заключается в том, что у горячих обломков после удара было много времени, чтобы испарить эти элементы, прежде чем они слиплись и образовали луну. Во-вторых, когда сформировалась Луна, она была очень горячей с глубоким магматическим океаном, как и Земля, а низкая гравитация и отсутствие атмосферы на Луне позволяли летучим элементам, которые не вырвались из более крупного объекта, испаряться в космос.
Обе эти улики трудно объяснить без гигантского удара. Ударное происхождение Луны обеспечивает высокие температуры, необходимые для объяснения нехватки калия, цинка и натрия на Луне, а также возможность большого количества смешивания между протоземлей и материалом, который станет Луной. Но когда произошло это воздействие?
Когда образовалась Луна?Ученые считают, что Луна образовалась во время гигантского столкновения примерно через 60-175 миллионов лет после рождения Солнечной системы. Чтобы получить эту оценку, они могут использовать камни с Земли.
По мере роста больших планетезималей тепло, выделяющееся при повторяющихся ударах и радиоактивном распаде элементов внутри их минералов — достаточно, чтобы вызвать плавление. Это позволяет материалам с разной плотностью разделяться, при этом такие металлы, как железо и никель, погружаются внутрь, образуя ядро, а более легкие породы «плавают» сверху.
Ко времени удара, образовавшего Луну, Земля уже была разделена на эти слои камня и металла.
Однако мощная сила и высокая температура удара вновь расплавили протоземлю, повторно смешав разделенные горные породы и металл. После этого смешения Земля была еще достаточно горячей, чтобы снова произошло разделение и образовались новые слои породы и металла — это ключ к датировке образования Луны!
Когда рок и металл смешиваются, они могут поменять местами некоторые элементы. Такие элементы, как гафний, предпочитают смешивать с камнем, а не с металлом. Гафний распадается примерно за 10 миллионов лет, образуя вольфрам. Впервые Земля остыла и разделилась на горные породы и слои металла в начале истории Солнечной системы, поэтому в каменистом слое Земли присутствовало много гафния, потому что он еще не успел распасться до вольфрама. К тому времени, когда произошло столкновение с формированием Луны, большая часть этого раннего гафния распалась до вольфрама. Такие элементы, как вольфрам, предпочитают смешивать с металлом, поэтому, когда удар снова смешал Землю, новообразованный вольфрам погрузился в металлическое ядро.
Это создало каменистый внешний слой с более низкой концентрацией гафния, чем раньше, и металлическое ядро с гораздо большим содержанием вольфрама.
Сегодня весь гафний исчез, потому что у него короткий период полураспада по сравнению с возрастом Земли. Однако не все потеряно — это делает его очень полезным для определения времени событий в первые сто миллионов лет истории Солнечной системы. Концентрация вольфрама в земных породах зависит от того, когда произошло самое последнее разделение на слои породы и металла. Концентрация вольфрама в земных породах слишком мала, чтобы ее можно было объяснить ранним разделением металла и породы, что означает, что что-то должно было повторно смешать слои Земли. Лучшим объяснением тепла и энергии, необходимых для этого, является гигантское столкновение примерно через 60-175 миллионов лет после рождения Солнечной системы.
Как выглядела ранняя Земля? После удара, образовавшего Луну, Земля сильно отличалась от мира, который мы видим сегодня! В то время как современная Земля имеет океаны, покрывающие большую часть ее поверхности, ранняя Земля была покрыта океаном магмы — слоем расплавленной породы глубиной в сотни миль, расплавленной энергией, выделившейся во время столкновения.
Любая присутствующая вода будет существовать только в виде водяного пара в атмосфере.
Если этого было недостаточно, раннее солнце также было гораздо более активным, чем сегодня, обрушивая всю солнечную систему УФ-излучением, достаточно мощным, чтобы испарить целые атмосферы.
Со временем, после того как магматический океан достаточно остыл, чтобы образовать твердую поверхность, атмосфера Земли пополнялась за счет вулканических извержений, а также воды и других газов, доставляемых кометами и метеоритами, врезавшимися в поверхность.
Это также был первый шаг к развитию тектоники плит на нашей планете. Тектоника плит описывает гигантские «плиты» земной коры, которые медленно перемещаются по поверхности Земли на протяжении сотен миллионов лет; он не только производит новые породы в вулканах, где плиты раздвигаются, но также может перерабатывать камни с поверхности Земли и атмосферы обратно внутрь, где плиты сходятся. Этот процесс, известный как «субдукция», переносит камни, воду и углекислый газ, захваченные минералами, обратно в недра Земли, где они могут вызывать будущие извержения вулканов, продолжая тектонический цикл плит.
Некоторые планетологи считают, что тектоника плит необходима для развития жизни на планете. Это связано с тем, что повторяющееся образование и разрушение земной коры в результате тектоники плит одновременно высвобождает углекислый газ в атмосферу и удаляет его, помогая поддерживать одинаковые температуры на Земле (и комфортные для микробов, рыб и людей!) на протяжении миллиардов лет.
Наличие у планеты тектоники плит намного сложнее, чем просто наличие твердой поверхности, и может также зависеть от типов и количества различных астероидов, планетезималей и протопланет, из которых состоит Земля, из-за того, что различные химические вещества и полезные ископаемые могут изменить поведение недр планеты на протяжении миллиардов лет.
Как выглядела ранняя луна? Большинство из нас представляет себе Луну как безлюдное, серое место с кратерами и ничем другим, но на протяжении большей части своей истории она была удивительно геологически активной.
Как и Земля, Луна началась с толстого слоя расплавленной породы на ее поверхности.
Однако, в отличие от Земли, поверхность Луны не охлаждалась, образуя тектонические плиты. Вместо этого у него толстая корка, почти полностью состоящая из светлого минерала, называемого полевым шпатом. Полевой шпат является основным материалом, из которого состоят яркие области, которые мы можем видеть на Луне сегодня, также известные как лунные нагорья. Полевой шпат кристаллизовался, когда океан магмы остыл, и стал достаточно легким, чтобы всплыть на поверхность Луны поверх других минералов и оставшейся магмы. (Планетарные ученые могут использовать тот факт, что эта корка из полевого шпата образовалась на Луне, а не на Земле, чтобы попытаться выяснить различия в раннем химическом составе и условиях охлаждения между двумя объектами, чтобы узнать больше об образовании Луны.)
Однако образование корки из полевого шпата не ознаменовало конец геологической активности на Луне. Тепло, оставшееся от удара, а также дополнительное тепло, выделенное радиоактивными элементами, было способно расплавить горную породу глубоко в полдень, чтобы подпитывать вулканы на ее поверхности.
В результате таяния образовался базальт, порода темного цвета, обычно встречающаяся сегодня в вулканах на Земле в таких местах, как Гавайи и Исландия. Базальт разлился на сотни километров по поверхности Луны, образовав «кобылу» (что означает «моря» на латыни) толщиной до мили. Эти кобылы покрывают около 16% поверхности Луны и видны невооруженным глазом как темные пятна на Луне.
Ученые-планетологи могут сказать, что базальтовые кобылы моложе, чем полевошпатовые нагорья, по количеству кратеров на разных поверхностях. У кобылы меньше кратеров на верхней поверхности, чем у высокогорья, потому что у них было меньше времени, чтобы пострадать от астероидов и метеоритов. Считается, что самой молодой кобыле всего 1,1 миллиарда лет, а это означает, что вулканы на Луне все еще извергались через два миллиарда лет после появления первых признанных свидетельств жизни на Земле!
Еще одной особенностью ранней Луны была ее орбита. Сегодня Луна удаляется от Земли примерно на 1,5 дюйма каждый год.
Ученые-планетологи рассчитали расстояние между Землей и Луной в обратном направлении во времени и обнаружили, что Луна была в семнадцать раз ближе (14 000 миль против 250 000 миль), когда формировалась.
Это изменяющееся расстояние между Землей и Луной является важной подсказкой о деталях удара, формирующего Луну, потому что изменение размера, скорости и углов сближения ударников в симуляциях формирования Луны изменяет орбиту окончательной системы Земля-Луна. Планетологам необходимо найти моделирование удара, которое могло бы соответствовать не только химическому составу Луны, но и тому, как далеко она находилась от Земли и как быстро она вращалась изначально.
Какие вопросы остались? Хотя ученые согласны с тем, что Луна образовалась в результате удара, детали удара все еще обсуждаются. Ученые до сих пор не пришли к единому мнению о том, насколько большим был столкнувшийся объект, как быстро он двигался, из чего он был сделан и даже следует ли нам называть его «Тейя».
Некоторые ученые даже утверждают, что Луна могла быть сформирована несколькими столкновениями, а не одним!
помогают ученым лучше понять, что происходит с различными типами горных пород и элементами в экстремальных условиях крупных ударов. Исследовательская группа профессора Николаса Дофаса из Калифорнийского университета в Чикаго испаряет металлы в вакууме, чтобы смоделировать условия, присутствующие в облаке ударных обломков, и попытаться объяснить, почему в лунных породах гораздо меньше таких элементов, как натрий, цинк и калий, по сравнению с земными.
Однако некоторые эксперименты могут быть слишком масштабными для лаборатории, поэтому для исследования влияния формирования Луны также используется компьютерное моделирование. Эти симуляции позволяют ученым виртуально сталкивать прото-Землю и различные типы планетезималей на разных скоростях и под разными углами, чтобы выяснить, какие комбинации свойств могут сформировать луну с такими размерами и орбитой, которые мы видим сегодня.
В будущем новые образцы с Луны могут предоставить планетарным ученым более широкий спектр различных типов лунных пород для работы. Это важно, потому что новые образцы могут отражать различные фрагменты истории Луны, которых нет в существующих лунных породах, доставленных миссиями «Аполлон». По мере совершенствования методов измерения планетарные ученые также смогут измерять новые химические характеристики лунных пород и улучшать существующие измерения. Чем больше у ученых будет измерений, тем больше способов они смогут проверить различные теории о том, как образовалась наша Луна, о ее связи с Землей и, возможно, даже о том, как луны могли родиться вокруг других планет далеко за пределами нашей Солнечной системы!
Подробно | Земля – Исследование Солнечной системы НАСА
Введение Наша родная планета — третья планета от Солнца и единственное известное нам место, населенное живыми существами.
Хотя Земля является лишь пятой по величине планетой в Солнечной системе, это единственный мир в нашей Солнечной системе с жидкой водой на поверхности. Чуть больше соседней Венеры Земля — самая большая из четырех ближайших к Солнцу планет, каждая из которых состоит из камня и металла.
Тёзка
Имени Земля не менее 1000 лет. Все планеты, кроме Земли, были названы в честь греческих и римских богов и богинь. Однако название «Земля» — это германское слово, означающее просто «земля».
Потенциал для жизни Потенциал для жизниЗемля имеет очень благоприятную температуру и смесь химических веществ, которые сделали жизнь здесь изобилующей. В частности, Земля уникальна тем, что большая часть нашей планеты покрыта жидкой водой, поскольку температура позволяет жидкой воде существовать в течение длительных периодов времени. Огромные океаны Земли предоставили удобное место для зарождения жизни около 3,8 миллиарда лет назад.
Некоторые особенности нашей планеты, которые делают ее пригодной для жизни, меняются из-за продолжающихся последствий изменения климата.
Чтобы узнать больше, посетите наш дочерний веб-сайт Climate.nasa.gov.
Имея радиус 3 959 миль (6 371 км), Земля является самой большой из планет земной группы и пятой по величине планетой в целом.
При среднем расстоянии 93 миллиона миль (150 миллионов километров) Земля находится ровно в одной астрономической единице от Солнца, потому что одна астрономическая единица (сокращенно а.е.) — это расстояние от Солнца до Земли. Это устройство обеспечивает простой способ быстрого сравнения расстояний планет от Солнца.
Солнечному свету требуется около восьми минут, чтобы достичь нашей планеты.
3D-модель Земли, нашей родной планеты. Авторы и права: Приложения и разработка технологий визуализации НАСА (VTAD) › Параметры загрузки
Орбита и вращение Орбита и вращение Поскольку Земля вращается вокруг Солнца, она совершает один оборот за 23,9 часа. Чтобы совершить один оборот вокруг Солнца, требуется 365,25 дня.
Эта дополнительная четверть дня бросает вызов нашей календарной системе, которая считает год равным 365 дням. Чтобы наши годовые календари соответствовали нашей орбите вокруг Солнца, каждые четыре года мы добавляем один день. Этот день называется високосным, а год, к которому он прибавляется, называется високосным.
Ось вращения Земли наклонена на 23,4 градуса по отношению к плоскости орбиты Земли вокруг Солнца. Этот наклон вызывает наш годовой цикл сезонов. В течение части года северное полушарие наклонено к Солнцу, а южное полушарие наклонено в сторону. Когда Солнце находится выше в небе, солнечный нагрев сильнее на севере, создавая там лето. Меньше прямого солнечного нагрева производит зиму на юге. Через полгода ситуация обратная. Когда начинаются весна и осень, оба полушария получают примерно одинаковое количество тепла от Солнца.
ЛуныЛуны
Земля — единственная планета, у которой есть единственная луна. Наша Луна — самый яркий и самый знакомый объект на ночном небе.
Во многих отношениях Луна ответственна за то, что Земля стала таким замечательным домом. Он стабилизирует колебания нашей планеты, что сделало климат менее изменчивым на протяжении тысячелетий.
Земля иногда временно содержит вращающиеся вокруг астероиды или большие камни. Обычно они оказываются в ловушке гравитации Земли на несколько месяцев или лет, прежде чем вернуться на орбиту вокруг Солнца. Некоторые астероиды будут в долгом «танце» с Землей, поскольку оба вращаются вокруг Солнца.
Некоторые луны представляют собой кусочки скалы, захваченные гравитацией планет, но наша Луна, скорее всего, является результатом столкновения миллиардов лет назад. Когда Земля была молодой планетой, в нее врезался большой кусок скалы, сместив часть недр Земли. Получившиеся куски слиплись и сформировали нашу Луну. С радиусом 1080 миль (1738 километров) Луна является пятой по величине луной в нашей Солнечной системе (после Ганимеда, Титана, Каллисто и Ио).
Луна находится в среднем на расстоянии 238 855 миль (384 400 километров) от Земли.
Это означает, что между Землей и Луной может поместиться 30 планет размером с Землю.
Кольца
Земля не имеет колец.
Формирование ФормированиеКогда около 4,5 миллиардов лет назад Солнечная система приняла свое нынешнее расположение, Земля сформировалась, когда гравитация втянула закрученный газ и пыль внутрь, чтобы стать третьей планетой от Солнца. Как и другие планеты земной группы, Земля имеет центральное ядро, каменистую мантию и твердую кору.
СтруктураСтруктура
Земля состоит из четырех основных слоев, начиная с внутреннего ядра в центре планеты, окруженного внешним ядром, мантией и корой.
Внутреннее ядро представляет собой твердую сферу, состоящую из железа и никеля, радиусом около 759 миль (1221 км). Там температура достигает 9800 градусов по Фаренгейту (5400 градусов по Цельсию). Внутреннее ядро окружает внешнее ядро. Этот слой имеет толщину около 1400 миль (2300 километров) и состоит из флюидов железа и никеля.
Между внешним ядром и корой находится мантия, самый толстый слой. Эта горячая вязкая смесь расплавленной породы имеет толщину около 1800 миль (2900 километров) и имеет консистенцию карамели. Самый внешний слой, земная кора, уходит в среднем на глубину около 19 миль (30 километров) на суше. На дне океана кора тоньше и простирается примерно на 3 мили (5 километров) от морского дна до верхней части мантии.
Поверхность ПоверхностьПодобно Марсу и Венере, на Земле есть вулканы, горы и долины. Литосфера Земли, включающая земную кору (как континентальную, так и океаническую) и верхнюю мантию, делится на огромные плиты, находящиеся в постоянном движении. Например, Североамериканская плита движется на запад над бассейном Тихого океана примерно со скоростью, равной росту наших ногтей. Землетрясения происходят, когда плиты скребутся друг о друга, надвигаются друг на друга, сталкиваются, образуя горы, или раскалываются и расходятся.
Глобальный океан Земли, который покрывает почти 70% поверхности планеты, имеет среднюю глубину около 2,5 миль (4 км) и содержит 97% воды Земли.
Почти все вулканы Земли скрыты под этими океанами. Вулкан Мауна-Кеа на Гавайях выше от основания до вершины, чем гора Эверест, но большая часть его находится под водой. Самая длинная горная цепь Земли также находится под водой, на дне Северного Ледовитого и Атлантического океанов. Это в четыре раза больше, чем Анды, Скалистые горы и Гималаи вместе взятые.
У поверхности Земли есть атмосфера, состоящая из 78 % азота, 21 % кислорода и 1 % других газов, таких как аргон, углекислый газ и неон. Атмосфера влияет на долгосрочный климат Земли и краткосрочную местную погоду и защищает нас от большей части вредного излучения, исходящего от Солнца. Он также защищает нас от метеоритов, большинство из которых сгорают в атмосфере, видимые как метеоры в ночном небе, прежде чем они упадут на поверхность в виде метеоритов.
МагнитосфераМагнитосфера
Быстрое вращение нашей планеты и расплавленное железно-никелевое ядро порождают магнитное поле, которое солнечный ветер искажает в космосе в виде капли.
(Солнечный ветер — это поток заряженных частиц, непрерывно выбрасываемых Солнцем.) Когда заряженные частицы солнечного ветра попадают в магнитное поле Земли, они сталкиваются с молекулами воздуха над магнитными полюсами нашей планеты. Затем эти молекулы воздуха начинают светиться и вызывают полярные сияния, или северное и южное сияние.
Магнитное поле заставляет стрелки компаса указывать на Северный полюс независимо от того, в какую сторону вы поворачиваете. Но магнитная полярность Земли может измениться, изменив направление магнитного поля. Геологические данные говорят ученым, что инверсия магнитного поля происходит в среднем примерно каждые 400 000 лет, но время очень неравномерно. Насколько нам известно, такая инверсия магнитного поля не наносит никакого вреда жизни на Земле, и очень маловероятно, что инверсия произойдет еще как минимум тысячу лет. Но когда это происходит, стрелки компаса, вероятно, будут указывать в разных направлениях в течение нескольких столетий, пока происходит переключение.