Наука и жизнь

Как Луна оказалась там, где она есть?

Спустя почти 50 лет с тех пор, как человек впервые побывал на Луне, человеческая раса вновь осуществляет попытки приземлиться на спутник Земли. Только в этом году Китай посадил роботизированный космический корабль на противоположной стороне Луны, Индия близка к посадке лунного корабля, и Израиль желает приземлиться на лунную поверхность, несмотря на крушение своего последнего автономного корабля. NASA объявило, что хочет отправить космонавтов на южный полюс Луны к 2024 году. А Безос и вовсе хочет построить на Луне станцию.

Все эти миссии стремятся увеличить наши знания о Луне, но мы все еще работаем над тем, чтобы ответить на фундаментальный вопрос: как вообще Луна оказалась там, где она есть?

21 июля 1969 года команда «Аполлон-11» установила первый комплект зеркал, чтобы отражать лазеры, нацеленные на Луну с Земли. Последующие эксперименты, проведенные с использованием нескольких этих зеркал, последние 50 лет помогают ученым определить точное расстояние между Землей и Луной. Теперь мы знаем, что орбита Луны увеличивается на 3,8 см в год — она ​​удаляется от Земли.

Это расстояние и использование лунных камней для датирования образования Луны (расчеты показали, что ее возраст около 4,51 миллиарда лет) являются основой для гипотезы гигантского удара (теория, что Луна образовалась из обломков после столкновения с Землей). Но если мы предположим, что лунное удаление всегда составляло 3,8 см в год, то нам нужно вернуться назад на 13 миллиардов лет, чтобы обнаружить то время, когда Земля и Луна были близко друг к другу (для формирования Луны). Это слишком давно — но это и неудивительно, зато оно может объяснить изменение древних континентов и приливы.

Расстояние до Луны может быть связано с историей континентальных конфигураций Земли. Потеря приливной энергии (из-за трения между движущимся океаном и морским дном) замедляет вращение планеты, что заставляет Луну уходить — она отступает. Приливы в значительной степени контролируются формой и размерами океанических бассейнов Земли. Когда тектонические плиты Земли движутся, геометрия океана меняется, и прилив тоже меняется. Все это влияет на удаление Луны, поэтому в небе она кажется меньше.

Это означает, что если мы знаем, как именно тектонические плиты Земли изменили свое положение, то мы можем определить, где Луна относительно нашей планеты в данный момент времени.

Мы знаем, что сила прилива (и, следовательно, скорость отлива) также зависит от расстояния между Землей и Луной. Таким образом, мы можем предположить, что приливы были сильнее, когда Луна была молодой и ближе к планете. Поскольку Луна быстро отступила в начале своей истории, приливы станут слабее, а отливы замедлятся.

Подробная математика, описывающая эту эволюцию, была впервые разработана Джорджем Дарвином, сыном великого Чарльза Дарвина, в 1880 году. Но его формула порождает противоположную проблему, когда мы указываем наши современные значения. Он предсказывал, что Земля и Луна были близко друг к другу только 1,5 миллиарда лет назад. Формула Дарвина может быть согласована с современными оценками возраста и расстояния до Луны, если бы ее типичная скорость удаления снизилась примерно до одного сантиметра в год.

Подразумевается, что сегодняшние приливы должны быть аномально большими, объясняя удаление в 3,8 см. Причиной этих больших приливов является то, что современный Северный Атлантический океан имеет правильную ширину и глубину, чтобы быть в резонансе с приливом, поэтому естественный период колебаний близок к периоду прилива, что позволяет ему быть очень сильным. Это очень похоже на ребенка на качелях, который двигается выше, если его подтолкнуть в правильное время.

Но вернемся назад во времени — всего на несколько миллионов лет — и Северный Атлантический океан достаточно сильно отличается по форме, чтобы этот резонанс исчез, и поэтому скорость удаления Луны будет медленнее. По мере того, как тектоника плит перемещала континенты, а замедление вращения Земли изменяло продолжительность дней и период приливов, планета могла бы входить и выходить из похожих состояний сильного прилива. Но мы не знаем подробностей приливов за длительные периоды времени, и, следовательно, мы не можем сказать, как далеко была Луна в далеком прошлом.

Одним из многообещающих подходов к решению этой проблемы является попытка обнаружить циклы Миланковича по физическим и химическим изменениям в древних отложениях. Эти циклы возникают из-за изменений в форме и ориентации орбиты Земли, а также из-за изменений в ориентации оси Земли. Это вызвало климатические циклы, такие как ледниковые периоды последних нескольких миллионов лет.

Большинство циклов Миланковича не меняют свои периоды в истории Земли, но на некоторые влияют скорость вращения Земли и расстояние до Луны. Если мы сможем обнаружить и количественно определить эти конкретные периоды, мы сможем использовать их для оценки длины дня и расстояния от Земли до Луны в момент осаждения отложений. Пока что это было предпринято только для одного момента в далеком прошлом. осадочные породы из Китая позволяют предположить, что 1,4 миллиарда лет назад расстояние между Землей и Луной составляло 340 900 ± 2 600 км (в настоящее время это расстояние составляет 384 400 км).

Теперь мы собираемся повторить эти расчеты для осадочных пород в сотнях мест, и способных рассказать про различные периоды времени. Это обеспечит надежные и почти непрерывные данные о лунной рецессии за последние несколько миллиардов лет и даст нам лучшее понимание того, как изменились приливы в прошлом. Вместе эти взаимосвязанные исследования позволят получить непротиворечивую картину эволюции системы Земля-Луна во времени.

Поделиться с миром: