Появление Луны — одна из самых больших загадок астрономии. Вопрос не только в том «откуда взялось» небесное тело, а еще и в том, в каких условиях ранняя Земля и околоземное пространство могли «создать» объект с нынешними свойствами Луны: её массой, средним составом, плотностью, относительным дефицитом летучих элементов, а также её геологической историей.
В целом существовало несколько теорий:
- Луну могло «захватить» земное притяжение — то есть она образовалась где-то отдельно и была «поймана» Землей
- Луна могла формироваться вместе с Землёй из общего «строительного материала» протопланетного диска.
- Луна могла появиться в результате разделения — например, когда ранняя Земля вращалась слишком быстро и «оторвала» часть вещества.
- И, наконец, наиболее популярная сегодня идея: Луна возникла после гигантского столкновения.
Главная гипотеза: гигантский удар
Сценарий гигантского удара предполагает, что в определённый момент Земля столкнулась с крупным телом планетного масштаба. Часто его называют Тейя. В результате:
- часть вещества Земли и Тейи выбрасывается в космос
- выброшенный материал не просто хаотично разлетается, а образует горячую околоземную оболочку/диск
- со временем из этого диска собирается Луна.
Тут ключевое слово — «диск»: вокруг Земли возникла область из расплавленных фрагментов, которая затем в результате гравитационных процессов превратилась в спутник.
Как из удара получается Луна
Условно процесс можно описать так:
Столкновение и выброс
Материал Земли и Тейи разбрасывается в пространство. От того, как именно произошло столкновение (скорость, угол, массы), зависит, сколько вещества окажется вокруг Земли и в каком виде — пар/обломки.
Околоземный диск
Вокруг Земли возникает массивный временный диск из расплавленных и частично испаряющихся пород. Он горячий и динамичный: в нём перемешиваются компоненты, происходят химические реакции.
Остывание и укрупнение
Диск остывает. Затем начинается этап, когда частички сталкиваются, прилипают и растут. Частицы начинаются собираться, что приводит к формированию крупного тела — зародыша Луны.
Дальнейшее выравнивание и стабилизация
После основного роста формирующаяся Луна может ещё некоторое время оставаться частично расплавленной, пока не отдаст тепло. Затем она твердеет и входит в фазу обычной геологической эволюции.
Что с альтернативными теориями?
Захват
Захват относительно простое объяснение («притянуло и удержало»), но проблема в том, что захваченное тело часто должно иметь более «чужой» химический отпечаток. Земля и Луна имеет достаточно много общего в части химического состава.
Совместное формирование
Если бы Луна формировалась рядом с Землёй из того же материала, то многое параметры могли бы получиться похожим. Но сложнее объяснить, почему Луна выглядит так, будто пережила очень сильный нагрев именно как результат катастрофического события (столкновение).
Разделение Земли
Идея разделения встречается, но она сталкивается с трудностями по механике: чтобы такое разделение произошло и при этом не разрушило планету полностью, нужны условия, которые трудно совместить с тем, какой должна была быть ранняя Земля и как именно должна была сформироваться современная Луна.
Итог: почему гигантский удар сейчас считают наиболее убедительным. Гигантский удар хорошо объясняет несколько разных фактов:
- очень ранний и сильный нагрев (из столкновения);
- химическое сходство Земли и Луны при наличии ожидаемых различий (нагрев и переработка);
- сравнительно малое железное ядро Луны (возможное перераспределение вещества между Землёй и диском);
- формирование Луны из временного околоземного диска как физически логичный путь от столкновения к спутнику