Раждането на Луната преобърнало Земята

pics-about-space.com
pics-about-space.com

Астрофизици от Института SETI, Харвардския и Калифорнийския университет и университета на Мериленд са уточнили модела на възникване на Луната, като са обяснили наклона на нейната орбита спрямо земния екватор.

Учените смятат, че първичният сблъсък може да е бил в пъти по-силен, отколкото се смяташе по-рано – той е довел дотам, че земната ос се е оказала почти насочена към Слънцето, а дните се съкратили до два часа.

По думите на авторите тяхното изследване позволява по-добре да се опишат наблюдаваните аномалии на изотопния и химичен състав на Луната. Изследването е публикувано в изданието Nature, съобщава Phys.org.

Основната хипотеза за произхода на Луната е гигантски сблъсък. Според тази хипотеза прото-Земята се е сблъскала с небесно тяло с размери, съпоставими с тези на Марс (това тяло е наричано Тея). Сблъсъкът е довел до изхвърляне на значително количество материал на околоземна орбита и е увеличил скоростта на въртене на бъдещата Земя до един оборот на пет часа. С времето в диска с отломки е протекла акреция – слепване на материала. Това е довело до формирането на Луната, която поради приливното въздействие е забавила Земята до сегашната скорост на въртене.

Тази хипотеза обаче има доста пропуски – тя например не обяснява наклона на лунната орбита спрямо плоскостта на земния екватор. Според много сценарии дискът с отломки трябвало да се формира в екваториалната плоскост, а съвременният наклон е около 5 градуса.

Освен това голяма част от материала на Луната трябва да съответства на материала на небесното тяло, врязало се в Земята. Това противоречи на експерименталните данни, които сочат сходен изотопен и химичен състав на Земята и Луната. В същото време учените отбелязват, че химичният състав на различни небесни тела от Слънчевата система принципно се отличават силно.

В новото изследване учените смятат, че силата на удара в хипотезата с гигантски сблъсък е била по-висока, отколкото се е смятало по-рано. Физиците допускат, че след удара оста на въртене на Земята се е оказала насочена към Слънцето, а акреционният диск се е намирал в екваториалната плоскост. Скоростта на въртене на бъдещата Земя в същото време е достигала един оборот за два часа. Според изследователите това е позволило по-силно да се смеси материала на небесното тяло и прото-Земята, което обяснява сходството на химичния състав.

Приливните сили между възникващата Луна и Земята са довели дотам, че спътникът е започнал да се отдалечава от планетата. При това неговата орбита и нейният наклон са претърпели сериозни изменения, свързани с измененията на положението на плоскостта на Лаплас в системата. Това е плоскост, в която прецесира орбитата на спътника на планета.

Известно е, че за спътник, разположен близо до планета, плоскостта на Лаплас съвпада с екваториалната плоскост на планетата – последната оказва най-голямо влияние върху динамиката на небесното тяло. За отдалечени спътници плоскостта на Лаплас се приближава към плоскостта на орбитата на планетата – най-голямо влияние тогава оказва гравитацията на Слънцето.

В случая, когато оста на въртене на Земята е насочена почти към Слънцето, ъгълът между „близката“ и „далечната“ плоскост на Лаплас е близък до 90 градуса. Симулацията показва, че ако с отдалечаването от планетата Луната извършва преход между силно отличаващи се плоскости на Лаплас (ъгъл над 60 градуса), протича рязък преход, който силно смущава ексцентрицитета и други параметри на орбитата.

В резултат наклона на лунната орбита спрямо плоскостта на екватора достига 30 градуса. Заедно с тях протича изместване на оста на въртене на Земята – тя се отклонява от посоката към Слънцето и се приближава към съвременното си състояние. През следващите десетки милиони години протича намаляване на наклона на лунната орбита спрямо плоскостта на екватора към съвременното състояние.

Учените подчертават, че новият еволюционен модел не изисква допълнителни външни въздействия от други небесни тела. Това го прави единствения съществуващ модел, способен да обясни големия наклон на лунната орбита в нейното минало, което е довело до съвременната орбита. Освен това оста на въртене на Земята, лежаща близо до плоскостта на еклиптиката, обяснява бързата загуба на ъглов момент на планетата поради действието на слънчевата гравитация.

По-рано учените се опитваха да обяснят сходството на химичния състав на Земята и Луната чрез компютърно моделиране с висока резолюция. Оказва се, че вероятността за случайно сходство на съставите е 20-40 процента при отчитане на възможните химични състави на Луната.

Съществуват и други теории за произхода на нашия спътник – например, че може да е възникнал като независимо небесно тяло при гравитационно свиване на газово-праховия облак (така нареченият модел Галимов-Кривцов). Но такава теория описва лошо ъгловия момент на системата Земя–Луна.