9.4: Походження Місяця

Last updated
Save as PDF

Page ID: 78199

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

До кінця цього розділу ви зможете:

Опишіть трійку перших ранніх гіпотез утворення Місяця
Підсумуйте поточну концепцію «гігантського впливу» про те, як утворилася Місяць

Сучасній науці властиво запитати, як виникли речі. Однак розуміння походження Місяця виявилося складним завданням для вчених-планет. Частково складність полягає в тому, що ми так багато знаємо про Місяць (зовсім протилежність нашій звичайній проблемі в астрономії). Як ми побачимо, одна ключова проблема полягає в тому, що Місяць одночасно дражливо схожа на Землю і розчаровує різною.

Ідеї для походження Місяця

Більшість більш ранніх гіпотез про походження Місяця слідували одній з трьох загальних ідей:

Теорія поділу - Місяць колись була частиною Землі, але якось відокремилася від неї на початку своєї історії.
Сестринська теорія - Місяць утворилася разом з (але незалежною від) Землею, оскільки ми вважаємо, що багато супутників зовнішніх планет утворилися.
Теорія захоплення - Місяць утворилася в інших місцях Сонячної системи і була захоплена Землею.

На жаль, з кожною з цих ідей, здається, є принципові проблеми. Мабуть, найпростіша гіпотеза відкинути - це теорія захоплення. Його первинний недолік полягає в тому, що ніхто не знає жодного способу, що рання Земля могла б захопити таку велику Місяць з інших місць. Одне тіло, що наближається до іншого, не може вийти на орбіту навколо нього без істотної втрати енергії; це причина того, що космічні апарати, призначені для орбіти інших планет, оснащені ретроракетами. Крім того, якби такий захоплення відбувся, захоплений об'єкт перейшов би на дуже ексцентричну орбіту, а не майже кругову орбіту, яку займає наша Місяць сьогодні. Нарешті, існує занадто багато композиційних подібностей між Землею та Місяцем, особливо ідентична фракція основних ізотопів ¹ кисню, щоб виправдати пошук абсолютно незалежного походження.

Гіпотеза поділу, яка стверджує, що Місяць відокремилася від Землі, була запропонована в кінці дев'ятнадцятого століття. Сучасні розрахунки показали, що подібного роду мимовільний поділ або розщеплення неможливий. Крім того, важко зрозуміти, як Місяць, виготовлений з земного матеріалу таким чином, міг би розвинути багато характерних хімічних відмінностей, які тепер відомі, що характеризують нашого сусіда.

Тому вчені залишилися з сестринською гіпотезою - про те, що Місяць утворився поруч із Землею - або з деякою модифікацією гіпотези поділу, яка може знайти більш прийнятний спосіб відокремлення місячного матеріалу від Землі. Але чим більше ми дізналися про нашу Місяць, тим менше ці старі ідеї, здається, підходять під рахунок.

Гіпотеза гігантського впливу

Прагнучи вирішити ці очевидні протиріччя, вчені розробили четверту гіпотезу походження Місяця, таку, яка передбачає гігантський вплив на початку історії Землі. Існує все більше доказів того, що великі шматки матеріалу - об'єкти, по суті, планетарної маси - оберталися на орбіті у внутрішній Сонячній системі в той час, коли утворилися земні планети. Гігантська гіпотеза впливу передбачає, що Земля вражена навскоси об'єктом приблизно однієї десятої маси Землі - «кулею» розміром з Марс. Це дуже майже найбільший вплив, який може зазнати Земля, не будучи зруйнованим.

Такий вплив порушить більшу частину Землі і викине величезну кількість матеріалу в космос, вивільнивши майже достатньо енергії, щоб розбити планету на частини. Комп'ютерне моделювання вказує на те, що матеріал, що становить кілька відсотків маси Землі, може бути викинутий при такому впливі. Більша частина цього матеріалу була б з кам'янистих мантій Землі та тіла, що впливає, а не з їх металевих сердечників. Цей викинутий гірський пар потім охолоджувався і утворив кільце матеріалу, що обертається навколо Землі. Саме це кільце в кінцевому підсумку конденсувалося в Місяць.

Хоча ми не маємо ніякого сучасного способу показати, що гігантська гіпотеза впливу є правильною моделлю походження Місяця, вона пропонує потенційні рішення більшості основних проблем, викликаних хімією Місяця. По-перше, оскільки сировину Місяця отримують з мантій Землі і снаряда, відсутність металів легко зрозуміти. По-друге, більшість летких елементів були б втрачені під час високотемпературної фази після удару, пояснюючи відсутність цих матеріалів на Місяці. Проте, роблячи Місяць насамперед із земного мантійного матеріалу, можна також зрозуміти подібності, такі як однакова велика кількість різних ізотопів кисню.

Резюме

Три стандартні гіпотези походження Місяця були гіпотезою поділу, сестринською гіпотезою та гіпотезою захоплення. У всіх є проблеми, і вони були витіснені гігантською гіпотезою удару, яка приписує походження Місяця удару снаряда розміром Марса з Землею 4,5 мільярда років тому. Уламки від удару зробили кільце навколо Землі, яке конденсувалося і утворило Місяць.

Виноски

¹ Пам'ятайте з розділу «Радіація та спектри», що термін ізотоп означає іншу «версію» елемента. Зокрема, різні ізотопи одного елемента мають однакову кількість протонів, але різну кількість нейтронів (як у вуглецеві-12 проти вуглецю-14).