Молодая Земля и происхождение Луны

По мере роста Земли она все реже сталкивалась со своими кон­курентами, но все же несколько раз испытала весьма сильные стол­кновения с телами крупного размера.

Земля почти полностью сфор­мировалась всего через 50 млн лет после того, как ее исходное ве­щество (пыль) осело к экваториальной плоскости протопланетного диска. На этой стадии она уже собрала 95% своей массы, но редкие сильные столкновения еще происходили. В результате одного из та­ких столкновений, как мы полагаем, возникла Луна.

До полетов «Аполлонов» обсуждалось несколько теорий про­исхождения Луны. Еще в 1909 году американский астроном со сложной и неоднозначной биографией Томас Си (Тотпаз Л. 3. 8ее) предположил, что Луна была захвачена Землей. Другую теорию вы­двинул в 1878 году Джордж Дарвин, сын Чарлза Дарвина. Он счи­тал, что Луна оторвалась от расплавленной Земли в результате ее быстрого вращения. В 1892 году священник Осмонд Фишер пред­положил, что следы этого события сохранились в виде Тихого и Ат­лантического океанов. Но позже тщательные расчеты Ф. Р. Мультона и X. Джефриса показали, что с точки зрения физики эта теория неверна (хотя она сохранялась в учебниках до 1960х годов). Со­гласно третьей теории, оба тела — Земля и Луна — сформировались в протопланетном диске в одно и то же время практически в одном и том же месте. Эту теорию развил в 1943-1946 годах академик Отто Юльевич Шмидт, а затем разрабатывали Виктор Сергеевич Сафронов и Евгения Леонидовна Рускол, которая и сейчас продолжает эту работу в Институте физики Земли имени О. Ю. Шмидта.

Полеты «Аполлонов» в начале 1970х годов изменили взгляды на происхождение Луны, поскольку астронавты доставили образцы ее вещества. К всеобщему удивлению, породы из темных лунных морей оказались похожи на земные базальты, а из более светлых материковых областей — на земные анортозиты. Напомним, что анортозиты — это горные породы, преимущественно состоящие из одного из подвидов полевого шпата — плагиоклаза, наиболее ча­сто встречающегося в земной коре. Большинство других лунных минералов тоже оказались похожими на те, которые встречаются в земной коре. Средняя плотность Луны равна 3,3 г/см3, что совпа­дает с плотностью океанской коры Земли. Это указывает, что Луна не может иметь большое и плотное железоникелевое ядро, какое есть у Земли. Это подтверждается и отсутствием у Луны магнитного поля. В лучшем случае, железное ядро может составлять четверть массы Луны, тогда как в железном ядре Земли заключена половина массы планеты. Это указывает, что формирование Луны не могло происходить независимо от формирования Земли.

На этих фактах развилась новая теория, предполагающая, что Луна образовалась при почти касательном столкновении Протоземли с телом в десять раз менее массивным, размером с Марс (рис. 29.5). Столкновение было таким сильным, что оба тела расплавились, их ядра в конце концов слились, а выброшенное при ударе вещество частично упало обратно на Землю, а частично оказалось на орбите вокруг Земли и, собравшись вместе, образовало Луну. Совершенно очевидно, что это столкновение испарило любую атмосферу, кото­рая могла сформироваться до столкновения. Лунные образцы пока­зывают, что столкновение могло произойти 4,527 ± о, ою млрд лет назад, то есть через 40 млн лет после начала формирования Земли.

Происходили и другие мощные столкновения. Хотя древняя ат­мосфера, вероятно, сначала была довольно толстой, ее разрушали не­однократные удары и окончательно уничтожил «последний сорвав­ший атмосферу удар». При этом он, похоже, расплавил и часть Земли.

Время этого столкновения измеряется по отношению изотопов благо­родных газов, таких как 129Хе и 1!"Хе (изотоп 1а9Хе образуется при распа­де 1291, а,3°Хе стабилен). Этот удар случился 4,45 млрд лет назад, через 120 млн лет после того, как из осевшей к экваториальной плоскости протопланетного диска пыли начала формироваться Земля, и через 8о млн лет после удара, приведшего к образованию Луны.

Описанные выше столкновения должны были происходить с объектами, двигавшимися по орбитам, близким к орбите Земли. Но в следующие примерно 8оо млн лет во внутреннюю область Сол­нечной системы стало попадать огромное количество комет и асте­роидов, многие из которых сталкивались с Землей и Луной. Эту ин­тенсивную бомбардировку производили малые тела, которые слу­чайно сближались с планетамигигантами, и те своим притяжением изменяли орбиты малых тел, направляя примерно половину из них во внутреннюю область Солнечной системы, а вторую половину выбрасывая за ее пределы. Эта очистительная акция, в основном произведенная Юпитером, повысила интенсивность столкновений в древности, но зато снизила ее в последующие эпохи, обеспечив благоприятную эволюцию для Земли и жизни на ней.