Столкновение земли с гипотетической планетой тейей, вероятно, образовало луну.
Планета X
В начале XIX века астрономы, пользуясь законами Ньютона, предсказали существование еще одной планеты, чья сила притяжения влияла на траекторию Урана. Ею оказался Нептун. Однако его масса, по расчетам ученых, была недостаточной, чтобы объяснить орбиту Урана.
В солнечной системе должна была существовать еще одна, девятая планета, которую американский астроном Персиваль Лоуэлл окрестил Планетой X. Однако поиски загадочной планеты не увенчались успехом. Даже открытый позднее Плутон не обладал достаточной массой, чтобы оказывать необходимое влияние на орбиту Урана.
Поиски Планеты X прекратились лишь в 1989 году, когда космический аппарат «Вояджер 2» точно измерил массу Нептуна. Ее значение оказалось значительно больше, нежели предсказывали ученые, что полностью объясняло сдвиг орбиты Урана.
©NASA, ESA and G. Bacon (STScI)
Планета между Марсом и Юпитером
В XVI столетии Иоганн Кеплер обратил внимание на огромный зазор между орбитами Марса и Юпитера. По его предположению в нем должна была скрываться еще одна планета. Многие астрономы поддержали его предположение.
Орбита невидимой планеты была точно вычислена, и ученые систематически исследовали небо в ее поисках, глядя в свои телескопы. В 1801 году действительно был обнаружен небесный объект, чья орбита совпадала с предсказанной, однако размеры его оказались слишком малы для полноценной планеты.
Речь идет о Церере, которую долгие годы классифицировали как астероид. В настоящее время она считается карликовой планетой, как и Плутон.
Водяной пар на Церере в представлении художника
©IMCCE-Observatoire de Paris/CNRS/Y.Gominet, B. Carry
Тейя
Тейя – гипотетическая планета, имеющая сходный размер с Марсом, столкновение которой с Землей 4,4 млрд лет назад привело к образованию Луны.
Имя ей дал английский геохимик Алекс Холлидей в честь титаниды, породившей согласно греческой мифологии Селену – богиню Луны.
Следует признать, что происхождение естественного спутника Земли все еще остается загадкой для ученых. Теория гигантского столкновения Земли с Тейей – одна из самых вероятных гипотез. Однако есть и другие.
Не исключено, например, что Земля и Луна сформировались в паре при рождении Солнечной системы, или же Луна была притянута к нашей планете гравитационными силами.
Вулкан
Уран не был единственной планетой, чья траектория не соответствовала теоретическим предсказаниям. Аномальное смещение перигелия Меркурия, обнаруженное в 1859 году, заставило астрономов искать гипотетическую планету Вулкан внутри орбиты самого маленького члена планетарной семьи.
Задача эта была очень затруднительной из-за яркого солнечного света. Многие ученые принимали темные пятна на Солнце за загадочного Вулкана.
Проблема была решена лишь в 1915 году благодаря общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна. Из-за корректив, внесенных ОТО в расчеты орбиты Меркурия, необходимость в дополнительной планете отпала.
Фаэтон
Открытие второго крупного астероида, Паллады, на следующий год после обнаружения Цереры заставило немецкого астронома Генриха Ольберса предположить, что оба астероида являются фрагментами древней планеты, уничтоженной в результате столкновения с кометой.
Но в таком случае, между орбитами Марса и Юпитера должно было находиться еще немало фрагментов уничтоженной планеты. Открытие Юноны и Весты несколькими годами позже подтвердило эту гипотезу. Древнюю планету окрестили Фаэтоном в честь мифологического сына бога Солнца, разбившегося на колеснице своего отца.
Однако масса всех тел в астероидном поясе слишком мала для планеты. Кроме того, сами астероиды очень отличаются друг от друга, поэтому большинство ученых считает, что астероидный пояс сформировался в результате притяжения мелких фрагментов.
Планета V
Еще одна гипотетическая планета, которая должна была существовать 4 млрд лет назад между астероидным поясом и Марсом. Ее предсказали специалисты NASA Джек Лиссо и Джон Чемберс.
Согласно их расчетам, орбита планеты V была крайне нестабильной и эксцентричной. Пятая планета должна была погибнуть в результате метеоритной бомбардировки, упав, в конце концов, на Солнце. Однако с формированием астероидного пояса ее гибель никак не связана.
Вид с поверхности планеты в представлении художника
Пятый газовый гигант
Одно из объяснений метеоритной бомбардировки, в результате которой образовались многие кратеры на Луне, а также на нескольких планетах, дает так называемая модель Ниццы (она была разработана в знаменитом городе на Лазурном берегу Франции).
Согласно этой модели, орбиты внешних газовых гигантов – Сатурна, Урана и Нептуна, изначально были значительно меньше. После рассеяния протопланетного газового диска эти планеты переместились в свои нынешние положения.
Миграция планет удачно объясняет многие феномены, открытые в Солнечной системе, однако для ее осуществления требуется еще один дополнительный газовый гигант. По предположениям ученых, в результате космических катаклизмов планета V, в конце концов, была выброшена за пределы Солнечной системы.
Тейя – гипотетическая планета, возникшая, согласно теории гигантского столкновения, 4,6 млрд лет назад (вместе с другими планетами Солнечной системы). Считается, что ее столкновение с Землей привело к образованию Луны. Предположительно, Тейя также двигалась по земной орбите, но в какой-то момент под влиянием гравитационных сил Земли и Солнца перешла на хаотическую орбиту, приблизилась к нашей планете на критическое расстояние и буквально врезалась в нее.
Поскольку столкновение произошло почти по касательной и на относительно низкой скорости, то большая часть вещества ударившегося небесного тела и часть вещества земной мантии были выброшены на околоземную орбиту. Из этих обломков и сформировалась Луна, которая начала обращаться по круговому пути. Наша же планета в результате столкновения получила резкий прирост скорости вращения и заметный наклон оси вращения. Компьютерное моделирование показало возможность осуществления такого сценария, в этом случае Луна приобрела свою сферическую форму в течение одной сотни лет после гигантского столкновения.
Версия гигантского столкновения хорошо объясняет повышенное значение углового момента системы «Земля – Луна», а также более низкое содержание железа в нашем спутнике, поскольку предполагается, что соударение произошло уже после образования ядра Земли. Правда, доказать, что уже 4,5 млрд лет назад на планете выделилось тяжелое железное ядро и образовалась силикатная мантия, в настоящее время невозможно. В целом данная теория не противоречит практически всем известным сведениям о химическом составе и строении Луны. Единственная фундаментальная проблема – это обедненность естественного спутника Земли летучими элементами.
В эпоху американских лунных экспедиций 1960-1970-х годов на нашу планету были доставлены образцы лунного грунта, по которым изучались геохимические свойства спутника. Однако некоторые подробности этого геохимического анализа поставили под сомнение гипотезу столкновения Земли с протопланетой. При химическом исследовании образцов не было обнаружено ни летучих соединений, ни каких-либо легких элементов.
Считается, что все они были просто выпарены при чрезвычайно сильном нагреве, сопутствовавшем образованию этих пород. Но в соответствии с версией столкновения Луна сформировалась в результате выброса расплавленного вещества на околоземную орбиту. И даже если полагать, что часть этого вещества могла в данный момент улетучиться, все же при испарении легкий изотоп всегда опережает тяжелый, значит, остаточное вещество должно было обогатиться тяжелым изотопом того элемента, который был утрачен. В то же время никаких следов изотопного фракционирования летучих элементов не было обнаружено в лунной субстанции. Кроме того, по мнению ученого из Эймсовского центра НАСА Джека Дж. Лиссауэра, большая часть вещества, выброшенного при столкновении с протопланетой, должна была бы упасть обратно на Землю. Он полагал:
«Процесс аккреции вещества в «лунном диске»«, образовавшемся после удара, не мог происходить с большой эффективностью. Для формирования Луны на орбиту должно было быть выброшено гораздо большее количество материала и на большее расстояние от Земли, чем ранее считалось». Еще одно немаловажное обстоятельство – идентичность соотношения изотопов кислорода в земных и лунных породах, что, как уже отмечалось выше, свидетельствует о формировании Луны и Земли на одинаковом расстоянии от Солнца. Как это вписывается в общепризнанную теорию столкновения? Ведь в этом случае планета размером с Марс должна была бы двигаться по одной орбите с Землей и существовать в таком состоянии еще в течение многих миллионов лет до пресловутого столкновения. Таким образом, описанная выше версия происхождения Луны также не лишена серьезных недостатков. Изучение образцов лунной породы, доставленной американскими аппаратами «Аполлон» и советскими беспилотными зондами, принесло достаточно неожиданные результаты. Оказалось, что собранные на поверхности Луны породы намного древнее обнаруженных учеными на Земле.
В частности, образцам с Луны предположительно 4,5 млрд лет, что очень близко к возрасту нашей Солнечной системы. Поэтому, изучая Луну, можно узнать много нового о самых ранних эпизодах в истории нашей планеты. Поверхность нашего спутника вся изрезана кратерами, которые свидетельствуют о мощной метеоритной бомбардировке. Это позволяет высказать предположение, что, обладая более мощным гравитационным полем, наша планета в первые 700 млн лет существования Солнечной системы подвергалась даже более интенсивной атаке, чем сама Луна. Но последовавшие за этим активные геологические процессы на Земле полностью скрыли от нас все свидетельства того масштабного падения метеоритов.
Постоянный и единственный спутник Земли оказывает немаловажное влияние на многие события на нашей планете. Поскольку Луна обладает достаточно большой массой и находится не так далеко от Земли, мы можем наблюдать гравитационное взаимодействие между ними. Это выражается в виде приливов и отливов, которые можно зафиксировать не только на побережьях океанов или морей, но и в закрытых водоемах и земной коре.
Под действием гравитации по земной поверхности пробегают волны, которые вытягивают оболочку Земли примерно на 50 см в сторону Луны. Это вызывает не только периодические колебания уровня моря, но и изменение магнитных свойств земной атмосферы. В самый ранний период истории нашей планеты, когда молодая Луна располагалась всего в несколько десятков тысяч километров от Земли, ее влияние, видимо, было еще более значительным. Именно мощные приливные силы тормозили вращение и разогревали недра планеты.
Было ли на самом деле столкновение Земли с мифической протопланетой Тейя, достоверно сказать нельзя. Но, как полагают ученые, гравитация Луны способствовала активной вулканической деятельности и возникновению первичного базальтового слоя Земли. Единственный спутник сглаживает колебания земной оси, делая климат на Голубой планете более благоприятным для развития живых организмов.
На той же орбите, что и Земля. Согласно теории гигантского столкновения столкнувшись с Землей привело к формированию Луны. Вероятно просуществовала на протяжении сотни мильйонолить от момента формирования Солнечной системы (~ 4.6 Гигалет) и до момента столкновения с Землей (~ 4.5 Гигалет).
Объект сформировался в точке Лагранжа (L4 или L5) по системе двух тел Земля-Солнце. Ориентировочно масса Тейи была как у (1 / 10 Земли). Планета названа в честь титана Тейи - матери Селены (богини ).
По некоторым данным планетозималей Тейя вероятно просуществовала 30-50 миллионов лет от формирования Солнечной системы и 4.53 Гигалет (миллиард лет) лет назад столкнулась с прото-Землей. Согласно результатам сравнительного анализа распределения изотопов рубидия и стронция на Луне и Земле проведенного в 2008 году столкновение произошло 4.48 ± 0.02? Гигалет. Последнее число хорошо согласуется с датой 4.46 ± 0.04 Гигалет, которая была ранее получена на основе потери свинца и формированию Лунной коры. Таким образом Тейя могла существовать на протяжении 70-110 Мегалет (миллионов лет).
Прото-Земля, на момент столкновения уже имела почти современную массу. Начальная скорость столкновения была незначительной, в астрономическом смысле - 4 км / сек. Угол падения Тейи был острым, ориентировочно 45 °. Железное ядро Тейи погрузилось к земному ядру, в то время как большинство мантии Тейи и значительная доля мантии Земли были выброшены в космос, где сформировали аккреционный диск. С аккреционного диска в очень короткое время (в пределах века, возможно даже одного месяца) сформировался спутник планеты - Луна.
Сближения и столкновения Тейи и Земли, и образование Луны.
Компьютерное моделирование показывает, что в троянских точках Лагранжа системы Земля-Луна длительное время до 100 Мегалит могли существовать значительные тела или скопления обломков.
В результате столкновения Земля получила значительный угловой момент вращения, сутки продолжалась около пяти часов. В дальнейшем вследствие удаления Луны, вращения Земли замедлился к существующим двадцати четырех часов в сутках.
Согласно современным взглядам, изотопное распределение планет существенно зависит от расстояния до Солнца. Луна и Земля имея сходное распределение изотопов не могли сформироваться на отличных орбитах, однако факт отсутствия на Спутнике тяжелых элементов было тяжело объяснить одновременным образованием на одной орбите обоих тел.
Впервые гипотеза "большого удара" или "большого всплеска" была предложена в 1975 году группой американских астрофизиков Элом Камероном, Уильямом Вардом и Уильямом Хартманн. Таким образом относительно легко было обосновано почти полное отсутствие на спутнике тяжелых элементов, например железа. Однако объект, образовавшийся кое должен существенно отличный состав и в новообразованного Луны был бы отличный изотопный состав, например изотопов кислорода.
Место возникновения Тейи долгое время оставался слабым местом теории. В новообразованной Солнечной системе не было мест где смог образоваться такой значительный объект, как Тейя с похожим к Земле изотопным составом. Ведь для накопления такой массы должно было пройти определенное время существования на стабильной орбите. В 2004 году на основе компьютерного моделирования два сотрудника Принстонского университета Ричард Готт и Эдуард Бэлбруно проиллюстрировали, что в одной из троянских точек Лагранжа, которые отстоят от Земли на 60 ° смог бы образоваться планетоид, который имел бы достаточно времени для разрастания в Марсианской массы.
Ориентировочно через сотню миллионов лет объект был расшатан гигантом
и постепенно сблизился и столкнулся с Землей на незначительной скорости. Поскольку и Земля и Тейя сформировались на одной орбите, то и изотопный состав в них похож.
25 февраля 2011 было объявлено об открытии двух планет на одной орбите в планетарной системе KOI-730. Обе планеты находятся в троянов точках друг относительно друга.
Существование таких объектов является еще одним подтверждением правдоподобности существования Тейи. Согласно расчетам орбит минимум в течение ближайших 2.2 миллионов лет обе планеты будут иметь стабильные орбиты.
Согласно этой теории, Тейя образовалась 4,6 млрд лет назад, как и другие планеты Солнечной системы , и имела сходный с Марсом размер.
См. также
Напишите отзыв о статье "Тейя (гипотетическая планета)"
Примечания
Для улучшения этой статьи по астрономии желательно :
|
| |||||||||||||||||||||||||||||