Наша сеть партнеров Banwar
МІСЯЦЯ ПОХОДЖЕННЯ І ІСТОРІЯ. Історії Місяця цікава не тільки сама по собі, але і як частина загальної проблеми походження Землі та інших планет Сонячної системи. Останнім часом ми багато дізналися про фізичні і хімічні характеристики Місяця. Ці дані отримані не тільки з Землі, але і за допомогою космічних апаратів. Наприклад, автоматичні станції «Сервейор-5, -6 і -7», м'яко сіли на Місяць в 1967 і 1968, вперше дозволили визначити її хімічний склад. Зразки місячних порід і пилу, доставлені американськими астронавтами за програмою «Аполлон» (1969-1972) і радянськими автоматичними апаратами серії «Місяць» (1970-1976), дали можливість детально виміряти їх хімічні та фізичні характеристики і встановити по ним вік Місяця.
Отримані дані дозволяють дізнатися багато про історію Місяця, але питання про її походження все одно залишається важким. Існує кілька теорій виникнення Місяця. Згідно з однією з них, Місяць - це частина Землі, колись відірвалася від неї. Інша теорія розглядає Землю і Місяць як подвійну планету, що сформувалася при акумуляції одного і того ж речовини в просторі. Третя теорія стверджує, що Місяць сформувався незалежно і потім була захоплена Землею.
Вік місячної поверхні.
Великі деталі на поверхні Місяця утворилися в основному внаслідок метеоритного бомбардування. Тільки темні моря напевно пов'язані з вулканічною діяльністю, з виверженням багатої на залізо базальтової лави.
Визначення віку місячних порід радіоізотопним методом показало, що деякі зразки, доставлені «Аполлоном-17», мають вік 4,6 млрд. Років, тобто майже той же вік, що і сама Місяць. Однак більша частина материкових порід молодше приблизно на 700 млн. Років. Це вказує, що активна бомбардування Місяця закінчилася 3,9 млрд. Років тому, залишивши після себе величезні круглі воронки, такі як Море Дощів і Море Східне. Морський базальт ще молодше: від 3,9 до трохи більше 3,0 млрд. Років. Однак аналіз ізотопів чітко показує, що поділ хімічних елементів в надрах Місяця відбулося 4,3 млрд. Років тому. Приблизно в цей час сформувалися істоковие області основних місячних порід. Див. Радіовуглецевого датування.
Після закінчення виверження останньої морської лави (ймовірно, в Море Дощів) найзначнішою подією в історії Місяця було утворення кратерів, таких, як Коперник (850 млн. Років тому) і поступове наростання товстого пилового шару - місячного реголіту - під дією ударів дрібних метеоритів і ионизующего опромінення.
Оскільки місячні деталі не сильно змінилися за час існування Сонячної системи, за ним можна судити про самих ранніх епізодах в історії системи Земля - Місяць. Той факт, що більшість місячних кратерів набагато старше найдавніших земних порід, допомагає зрозуміти, чому на Землі ми не зустрічаємо великих ударних басейнів: володіючи більш потужним гравітаційним полем, Земля в перші 700 млн. Років існування Сонячної системи повинна була піддаватися більш інтенсивному бомбардуванню, ніж Місяць, але активні геологічні процеси на Землі знищили всі свідчення того бомбардування.
Жорсткість.
Різні дані дозволяють зробити висновок, що Місяць значно жорсткіший об'єкт, ніж Земля, а значить, температура в надрах Місяця була відносно невисокою. Вивчення орбіти Місяця і її лібрацій показало, що фігура Місяця являє собою тривісний еліпсоїд. Ця форма не відповідає тій, яку повинна була б прийняти Місяць під дією власної сили тяжіння, гравітаційного поля Землі і відцентрових сил, викликаних обертанням Місяця. Для підтримки цієї неправильної форми потрібно, щоб Місяць була жорсткою, по крайней мере в своїх зовнішніх шарах.
Області великій концентрації маси - маскони, відкриті в 1968 під місячною поверхнею, також вказують на достатню жорсткість зовнішніх оболонок Місяця. Маскони розташовуються під круглими морями, сформованими в результаті потужних зіткнень (наприклад, Море Дощів, Море Ясності, Море Криз, Море Нектару і Море Вологості), а також під областями, які в минулому могли бути морями, але потім виявилися вкритими ударними кратерами. Маскони демонструють, що на Місяці, по крайней мере в областях, що лежать над маскони, відсутня Ізостазія - відоме на Землі явище, при якому масивні блоки кори повільно тонуть до тих пір, поки не досягнуть рівноваги з іншими ділянками кори.
Для пояснення маскони запропоновані різні гіпотези: 1) це залишки впали на Місяць тел. Виниклі при ударі кратери повинні були заповнитися розплавленими силікатами, фрагментами породи і пилом, утворивши рівну морську поверхню. При розумних припущеннях ця ідея забезпечує гарну згоду спостережуваного надлишку маси з можливою масою падали об'єктів; 2) маскони утворені потоками лави, яка заповнила великі ударні басейни. Однак важко повірити, що мільйони кубічних кілометрів лави могли вилитися в ці області і потім НЕ розтектися; 3) це зовнішні «пробки» щільного речовини мантії, застиглого в місцях зіткнень.
Щільність і хімічний склад.
Середня щільність Місяця 3,34 г / см3. Це близько до щільності метеоритів хондритів, тобто сонячної речовини, за винятком найбільш летких його компонентів, таких, як водень і вуглець. Щільність Місяця близька і до щільності земної мантії; по крайней мере, це не суперечить гіпотезі про те, що Місяць колись відірвалася від Землі. Значно більш висока середня щільність Землі (5,5 г / см3) в основному обумовлена щільним залізним ядром. Низька щільність Місяця означає відсутність у неї помітного залізного ядра. Більш того, момент інерції Місяця свідчить про те, що це куля однорідної щільності, покритий анортозітовой (багатий кальцієм польовий шпат) корою товщиною 60 км, що підтверджується сейсмічними даними. Див. ЗЕМЛЯ; МЕТЕОРИТ.
Основними місячними породами є: 1) морські базальти, більш-менш багаті залізом і титаном; 2) материкові базальти, багаті каменем, рідкоземельними елементами і фосфором; 3) алюмінієві материкові базальти - можливий результат ударного плавлення; 4) магматичні породи, такі, як анортозити, піроксеніти і дуніти.
Реголіт (див. Вище) складається з фрагментів основний породи, скла і брекчії (порода, що складається з зцементованих кутастих уламків), що утворилися з основних типів порід. Місячні породи не повністю схожі із земними. Зазвичай місячні базальти містять більше заліза і титану; анортозити на Місяці більш рясні, а летючих елементів, таких, як калій і вуглець, в місячних породах менше. Місячні нікель і кобальт, ймовірно, були заміщені розплавленим залізом ще до закінчення формування Місяця. Див. БАЗАЛЬТ; брекчий; ГЕОЛОГІЯ; МІНЕРАЛИ І Мінералогія.
Теплова історія.
Сучасна температура місячних надр залежить від її початкової температури і тепла, що виділився і зберігся з моменту її утворення. Початкова висока температура зовнішніх шарів Місяця в основному зобов'язана кінетичної енергії речовини, що падало на Місяць на заключній стадії її формування. Певний внесок міг внести і короткоживучий ізотоп алюміній-26. Разом ці явища могли породити «океан» розплавленої магми глибиною в сотні кілометрів і дефіцит летючих елементів.
Виділення тепла в глибоких шарах Місяця залежить від концентрації радіоактивних ізотопів уран-235, уран-238, торій-232 і, в меншій мірі, калій-40. Збереження цього тепла залежить від теплопровідності зовнішніх шарів Місяця. Тепловий потік з місячних надр було виміряно експедиціями «Аполлон-15 і -16» і показав відносно високий вміст урану і торію на тлі дефіциту інших тугоплавких елементів. Сучасний температурний профіль Місяця, тобто хід температури з глибиною, був вивчений в експериментах по електропровідності. Виявилося, що температура плавлення досягається лише на глибині 1000 км; це узгоджується з сейсмічними даними про невеликому розплавленому ядрі і глибині вогнищ лунотрясений близько 800 км.
Походження.
В кінці 19 ст. Дж.Дарвін припустив, що Місяць відірвалася від Землі в результаті резонансу коливань. Якщо об'єднати Місяць і Землю, то період обертання склав би приблизно 4 год. Період природних коливань Землі, по думку вчених 19 ст., Був близько 2 ч. Це вказує, що міг виникнути резонанс, що приводить до посилення коливань до такої міри, що від єдиного тіла міг відірватися невеликий «шматочок» - Місяць. Але тепер відомо, що період власних коливань Землі коротше 1 ч. Крім того, загасання коливань, викликане сильним внутрішнім тертям, не дозволив би їм досягти великої амплітуди. До того ж тільки що відокремилася Місяць повинна була б звертатися по орбіті швидше Землі, і приливні сили повернули б її назад.
Теорію відділення Місяця намагалися недавно відродити ідеєю про те, що момент інерції Землі зменшився, коли її речовина розділилося на металеве ядро і силікатну мантію; від цього зросла швидкість обертання, що і змусило частину речовини відірватися в якості самостійного тіла. Але все одно для цього потрібна висока початкова швидкість обертання Землі, щоб гігантська енергія обертання потім диссипировать в тепло земних надр, а велика частина моменту була б віднесена з системи Земля - Місяць, наприклад, шляхом викиду значної маси (що виглядає вже зовсім неймовірно). Отже, проблеми, пов'язані зі збереженням енергії і моменту імпульсу, роблять теорію відділення Місяця від Землі малоймовірною. Останні хімічні дані, особливо щодо заліза і рідкоземельних елементів, показали, що склад місячної поверхні істотно відрізняється від земної. Тому теорію відділення зараз не розглядають всерйоз.
Ряд інших теорій походження Місяця заснований на тому, що вона могла утворитися при об'єднанні дрібних частинок, що рухаються по орбіті навколо первісної Землі. В одній з моделей Земля і Місяць формуються з єдиного газової хмари як подвійна планета. Але це малоймовірно, оскільки за хімічним складом Місяць відрізняється від Землі, що має велике залізо-нікелеве ядро. Втратити ж велику масу газу така велика планета, як Земля, не могла.
Інша теорія подвійний планети стверджує, що Місяць утворився з хмари дрібних твердих частинок, які зверталися навколо Землі на останній стадії її формування. Передбачається, що ці частинки відрізнялися від Землі за хімічним складом і містили більше води або менше важких елементів, таких, як нікель і залізо. Але якщо було так, то система Земля - Місяць повинна була б мати більшу питому момент імпульсу, ніж це випливає з співвідношення між масою і моментом для планет. За оцінками, Місяць могла б сформуватися з таких частинок за дуже короткий час - приблизно за 80 років. В цьому випадку Місяць була б гарячою, всупереч зазначеним вище фактами.
Теорія захоплення Місяця популярна серед учених, хоча на перший погляд вона здається малоймовірною, оскільки при захопленні Місяць мала б втратити велику енергію, рівну Gm 1 m 2/2 c, де m 1 і m 2 - маси Землі і Місяця, G - гравітаційна постійна, c - велика піввісь орбіти (середня відстань між Землею і Місяцем). Пропонувалися різні механізми захоплення. В одному з них Місяць була захоплена на зворотну орбіту (тобто зверталася навколо Землі в напрямку, протилежному руху більшості тіл Сонячної системи); потім приливної вплив Землі зменшило місячну орбіту і перевернуло її площину, тобто спочатку орбіта стала полярної, а потім прямий, зі звичним нам напрямком звернення; після цього розмір орбіти почав зростати. У точці найбільшого зближення із Землею відстань до Місяця було 2,9 земних радіуса. В цьому випадку втрата енергії повинна скласти 10 кілоджоулів на кожен грам місячної речовини, що приблизно вчетверо більше енергії, необхідної для повного плавлення Місяця. Тому таку теорію важко прийняти.
Відповідно до іншої теорії, спочатку було захоплено кілька невеликих лун, а пізніше з них сформувалася сучасна Місяць. Тільки після цього приливні ефекти стали відігравати помітну роль, тому маленькі супутники могли перебувати поблизу Землі тривалий час. Руйнівний захоплення, в результаті якого Місяць буквально розірвало, коли вона пройшла поблизу Землі, міг би пояснити втрату нею початкового заліза. З іншого боку, захоплення при зіткненні міг би пояснити порівняно пізню бомбардування Місяця. При цьому надлишок енергії було витрачено при зіткненнях з малими місяцями, а бомбардування відбувалася, коли Місяць, віддаляючись від Землі, зустрічалася з рештою супутниками.
За наявними даними можна припустити, що Земля сформувалася з періодом обертання близько 10 год, що дало їй велику питому момент імпульсу. Одна Місяць (або кілька місяців) була захоплена Землею; ця Місяць (або місяця), обертаючись навколо Землі, приєднувала до себе інші тіла, а деякі викидала з навколоземної орбіти на околосолнечную. При цьому Місяць зверталася в прямому напрямку по орбіті з головною полуосью близько 40 земних радіусів, яка не лежала в площині екватора Землі. Швидке видалення Місяця від Землі мало розпочатися лише в недавньому геологічному минулому, коли океани і континентальний шельф стали досить потужними, щоб посилити приливної тертя.
Теорії захоплення припускають, що луноподобное об'єкти сформувалися десь до їх захоплення. Цілком ймовірно, що цьому сприяло наявність різних газів. Газовим тілам властива гравітаційна нестійкість; це є головною причиною формування зірок (Див. Гравітаційний колапс) . Цей же процес міг сприяти акумуляції твердих частинок в протопланетному хмарі навколо Сонця. Пізніше енергія випромінювання і обертове магнітне поле витіснили газ із хмари, а тверді тіла залишилися на геліоцентричних орбітах.
Місяць - досить незвичайний супутник. Тільки Харон - супутник Плутона, відкритий в 1978, ще більш масивний по відношенню до своєї планети. Якби теорії відриву від Землі або теорії подвійний планети були вірні, то виглядало б дивним, чому Венера, настільки схожа на Землю за масою і відстанню від поверхні Сонця, не має супутника. Більш того, Венера обертається в зворотну сторону. Якби у Меркурія, Венери, Землі і Марса були великі супутники, що рухаються в прямому напрямку, то Галілей і все вчені після нього погодилися б, що ці супутники відірвалися від своїх планет або утворилися разом з ними. Дивний нахил осей обертання багатьох планет і зворотне обертання Венери дають привід припускати, що процес їх формування протікав в присутності багатьох великих об'єктів типу Місяця, і вони, стикаючись, утворили планети. І тільки Земля змогла захопити один з цих об'єктів, який став нашої прекрасної Місяцем. А Венера, випробувавши зіткнення з об'єктом, що рухається в зворотному напрямку, сама почала обертатися в тому ж напрямку.