Е.Л.Рускол. История системы Земля

ИСТОРИЯ СИСТЕМЫ
ЗЕМЛЯ-ЛУНА
Е. Л. РУ G КОЛ,
nauдuдan~ фU 8~tn О-JК(tmеJlfаmuчесnuх uауn
В скором времени на Луну будут до­
ставлены первые измерительные приборы,
а затем и люди. Начнется изучение Луны
непосредственно с ее поверхности. Оно
должно
помочь
в
разрешении
проблемы
происхождения Земли и других планет.
Конечно, неверно было бы думать, что
первые
химические
анализы
лунных
пород
и первые записи лунных сейсмографов сра­
зу же раскроют перед нами все тайны пла­
нетной
космогонии.
Но можно ли истолковать все лунные
данные однозначно?
Одной из многих загадок пока остается
происхождение системы Земля - Луна . Об­
суждаются
вый
-
два
основных
варианта.
Пер­
Земля и Луна сформировались вбли-
зи
друг
(Имеется
от
в
друга
при.лив·ная ,волна
входит
рек Канады
./
2
в
устье
одно>!
, ~З
едином
процессе.
космическая.
Напомним, что современная Луна находится
в сотни раз ближе к Земле, чем Венера
или Марс.) Второй - формирование Земли
и Луны происходило в существенно разных
местах
солнечной
системы,
затем
каким-то образом «захватила»
Земля
Луну в
го­
товом виде , что и привело к образованию
системы
двух
тел.
Если принять первую гипотезу, то истол­
кование информации с Луны будет более
простым. Действительно, в случае совмест­
ного образования первичный химический
состав Земли и Лун.ы должен быть одина­
ковым,
и
все
поверхности
различия
обоих
тел
в
строении
должны
из различия их масс почти
замечательная
М'орская
в
виду «близость»
сохранность
в
100
недр
и
вытекать
раз. Так,
лунного
рель­
ефа в течение миллиардов лет обязана
отсутствию на Луне воды и атмосферы ,
что объясняется малостью лунной массы.
Отсутствие на Луне магнитного поля, подоб­
ного
земному,
можно
связать
с
такими
от­
океане
запаздывание прилива чрезвычайно
мало. Это происходит потому, что прилив­
ная волна не может беспрепятственно сле­
личиями внутреннего строения Луны и Зем­
довать
ли,
тормозится
которые
планет
получились
разных
ческом
масс
составе.
в
при
ходе
эволюции
одинаковом
Различие
хими­
средних плотно­
по
морей
мировому океану: движение воды
и
течения,
трением
о
проливов.
скорости
дно
мелководных
Возникают
которых
приливные
различны
в
за­
стей Земли и Луны можно объяснить отли­
висимости
чием давлений в их недрах, т. е. опять-таки
ливов. Поэтому И различны высоты прили­
различием
земное
их
ядро
масс,
если
состоит
из
принять,
что
металлизованных
вов
Теория
Вторая
гипотеза
ставлениями
за
т.
в
сроки
е.
о
тесно связана с пред­
железном
значительном
Земле.
Луна
не
составе
земного
содержании
может
желе­
рельефа
их
мом
деле,
зоны
если
Марса
неопределенность
ее
состава
шении
рых
от
возникает
земного,
в
скажем,
то
приливов
непосредственные
тера
помогут
ность
и
создавалась
многими
Луна
--------------0
из
большая
из-за
отличия
частности,
элементов,
термическая
и,
различных
Дж. Дарвину.
история
в
отно­
от
кото­
Схема, показы,вающаяя отклонение {запаздывание)
приливных 'выступо'в
уменьшить
установить
Марса,
спутников
эту
Юпи­
неоднознач­
прав ильную
отношению
-
к
ли,нии
це'нт­
Луна
планет.
исследования
возможно,
по
POIB Земля
Тогда любой факт, добытый на Луне, может
быть истолкован неоднозначно. И только
астероидов
в
про­
содержать
пришла,
астероидов,
радиоактивных
зависит
запаздывания
узости
намного труднее. В са­
Луна
или
и
классиками физики, начиная с Ньютона. Но
наибольший
вклад
в
нее
принадлежит
такую же большую долю железа. В этом
случае состав обоих тел должен быть раз­
личным, и, следовательно, Луна образова­
лась где-то вдалеке от Земли. Здесь задача
ученых, которые будут осмысливать лунные
данные, становится
дна
пунктах.
силикатов.
ядра,
и
от
картину
Поверхность
мированная
ный
вид.
Но
паздывает
Луны,
мирового
приливами,
океана,
имеет
поскольку прилив
по
отношению
качественная
картина
к
дефор­
очень
слож­
всегда за­
кульминации
может
быть
происхождения и развития Земли и сосед­
изображена простой схемой: Земля имеет
них с ней планет.
два симметричных приливных вздутия,
Вполне понятно, что все данные, кото­
рые
могут
пролить
стемы Земля
шой интерес.
можно
-
восстановить,
люцию
орбиты Луны
ливного
трения.
отклоненных
от
направления
на
слег­
возму­
си­
щающее тело. Это создает дополнительную
представляют боль­
этапы этой истории
силу, которая «подталкивает» Луну В ее дви­
свет
Луна,
Ранние
ка
если
под
на
историю
проследить
эво­
действием при­
жении по орбите. Воздействие Луны на при­
ливные горбы тормозит суточное вращение
Земли. Из-за этого Луна постепенно уда­
ляется от Земли по очень медленно рас­
кручивающейся спирали, а продолжитель­
ность земных суток возрастает. При этом
часть кинетической энергии вращения Зем­
Давно известны приливы и отливы на бе­
регах
океанов
и
морей,
смыкающихся
с
ли переходит в энергию орбитального дв,и­
жения Луны, а другая часть - в тепло в
результате
приливного
трения.
Процесс
кинетической
энергии
в
океанами. Три столетия назад установлено,
перехода
что
обычно называют диссипацией энергии.
они
вызываются
степени,
притяжением Луны и,
в
меньшей
В
прибрежных районах прилив всегда на­
притяжением
Солнца.
ступает заметно позднее кульминации Луны
(иногда на несколько часов).
В
открытом
Теория
мулы,
приливов
связывающие
дает
простые
тепловые
тепло
фор­
потери
энергии с замедлением вращения Земли.
В 20-х годах известный английский геофизик
8
Г. Джеффрис показал, что прямые оценки
более за всю историю Земли, насчитываю­
диссипации
щую
земного
энергии
шара
величине,
в
различных
близко
которая
морях
соответствуют
получается
из
той
замедле­
4,5 млрд. -
Между
5 млрд. лет.
тем,
происходит
запаздывание
не
только
в
приливов
океанах.
Вся
ния вращения Земли (по астрономическим
наблюдениям). Тем самым теория приливов
«твердь» земного шара тоже деформирует­
получила хорошее подтверждение. Но при
этом
этом
в
выяснилось,
что
диссипация
энергии
океанах происходит крайне неравномер­
ся
притяжением
Луны
проявляются
и
Солнца.
столь
И
при
интересующие
геофизиков
свойства
земного
неидеальная
упругость
вещества
шара,
и
как
неодно­
но. По Джеффрису, около 70 % всей энер­
родности
гии приливов должно диссипировать в водах
различными
Берингова моря! Надо сказать, что точное
сколько легко заметить с берега запазды­
определение
весьма
диссипации
трудно,
и
энергии
в
морях
существующие
оценки
могут отличаться от истины в несколько раз.
Данные
Джеффриса
впоследствии
пере­
сматривались.
Пересмотрены
(в сторону
увеличения) и астрономические оценки за­
медления вращения Земли. По недавним
оценкам,
сделанным Г. Миллером
форнийск'ом
университете
тельная роль морей
в
Кали­
вание
строения
океанического
гравиметры
что
наружить,
ходится
емкое
Дпссипащш приливной энергии, 1019 эрг/сех: по данным;
blеш;оводные
Джеффриса
Миллера
(1920)
(1964)
0,75
0,04
0,24
0,21
территории
и
что
не
максимум
точно
дело
частях
зали,
на
раза
в
сутки
примерно
поднятия
момент
изучения
что
на
при­
кульминации
евразийского
запаздывание
0,13
1,0
твердых
запаздывание
составляет не менее
0,15
0,31
два
опускаются
приливов
Земли внесли московские геофизики под
руководством Н. Н. Парийского и М. С. Мо­
лоденского. Им
впервые удалось с по­
мощью данных наблюдений поколебать вы­
вод Джеффриса о незначительности роли
твердых приливов. Наблюдения в различ­
ных
Побережье северной
Прочие ыори
настолько
Луны, а на несколько минут позднее, когда
Луна на 1_20 отошла от меридиана.
Наибольший вклад в сложное и трудо­
приливов несколько иная (см. таблицу).
Австралии
на­
полметра, т. е. на величину 10-7 радиуса
Земли. При этом неизмеримо труднее об­
энергии
Побережье Юго- Востока
Южной Америки
прилив а,
под
Но
наклономеры могут отметить,
поднимаются
в диссипации
Берингово море
и
огромные
относи­
Охотское море
слоев
поверхности.
трудно обнаружить запаздывание «твердого»
прилива. Только чувствительные приборы -
(США),
:IIUPFI
глубинных
частями
ного
шара,
континента
твердых
то
эффект
должен составлять
Если такое же
1_20.
характерно
пока­
приливов
для
всего
твердых
зем­
приливов
не менее половины сум­
марного эффекта. В скором времени будут
Сумма
Астронm,rические данные
1,1
1,73
1,3
2,76
обработаны
данные,
полученные
экспеди­
цией Н. Н. Парийского на африканском кон­
тиненте в 1965 г. Это позволит увереннее
судить
земном
о
запаздывании
шаре.
имеющихся
НО
данных
приливов
уже
и
можно
на
на
всем
основании
заключить,
Kal{
это делает американский геофизик Г. Мак­
Если
только
бы
в
приливная
океанах,
то,
энергия
тратилась
очевидно,
скорость
доналд,
дает
что
сейчас
западывание твердых
от
одной
трети
до
приливов
половины
диссипации была бы непостоянной во вре­
диссипации
мени
этому можно обобщить понятие «приливное
из-за
туров
воды
изменений
береговой линии
в
океанах,
рельефа
и
дна,
общего
кон­
объема
о которых мы знаем слиш­
трение»
ком мало. В этом случае трудно было бы
угол
насколько
как
бита
последний
4
за
миллиард
лунная
лет
и
ор­
тем
также
приливной
и
на
энергии.
твердые
По­
приливы
и ввести для Земли некоторый эффективный
оценить,
изменил ась
всей
запаздывания,
твердых,
Вероятно.
так
тепло
и
учитывающий
океанических
твердых
эффект
приливов.
приливов
выде-
ляется
в
сравнительно
узком
слое
мантии
Земли, где вязкость вещества минимальна.
В этом слое «приливный» разогрев может
быть сравнимым по величине с тем разо­
гревом,
который
дают
радиоактивные
элементы. Но для всей Земли в целом со­
биты
к
земному
экватору.
Ось
вращения
Земли (Е), как изображено на рисунке, на­
клонена к оси эклиптики (Р) на 23027' . На­
клон лунной орбиты к плоскости эклиптики
составляет 509' . Под влиянием Солнца ось
орбиты Луны ( М ) прецессирует с перио­
вышает десятой доли вклада радиоактивных
дом 18,6 года вокруг оси эклиптики. В ре­
зультате угол между М и Е или, что то
веществ.
же, угол
временный вклад приливного тепла не пре­
Все, что мы
истории
Земли
знаем
и
о
сейчас о тепловой
неупругости
ее
веще-
между
плоскостями
лунной
ор­
биты и земного экватора периодически из­
меняется в пределах 23027' ± 509' . На это
основное движение оси лунной орбиты на­
кладываются более мелкие периодические
эффекты нутации. Даже за наиболее дол­
р
гий
M'~~ _
из
периодов
лунной
м
У,г ол
\
\
наклона
IОСИ
лу,нной
-орбиты к !З емной ос-и в ма-
\
-с тоящее
\
с ки
I время
Iменяется
2з 027 '
\
\
,перио.диче,в
предела х
± 509'
орбиты -
ния ,
период,
вносимые
приливным
трением,
приливные
если
во
мы
изменения,
внимание.
хотим
С
не
другой
исследовать
прини­
только
влияние
приливного трения на лунную орбиту,
\
торое
заметно
вать
проявляется
за
ко­
время
лет, то можем пренебречь всеми
-108-109
. периодическими
\
ни­
стороны,
\
\
\
\
за
чтожно малы. Поэтому обычно в теориях
движения Луны члены уравнений, учиты­
маются
I
параметров
лет -
который прецессирует земная ось, измене­
вающие
\
изменения
26 000
для
изменениями
каждой
и
рассматри­
геологической
эпохи
не­
которую среднюю орбиту Луны.
Сейчас средняя орбита имеет большую
\
\
полуось
\
Q
=
384000
км, или
радиуса
60,3
Земли, эксцентриситет е =О,О55 и угол на­
клона
к
плоскости
земного
экватора
f, = 23027'.
Приливное трение приводит к
увеличению всех трех параметров: большой
ства,
позволяет
твердых
считать,
приливов
что
имеет
запаздывание
место уже
очень
давно, по меньшей мере в течение 2 млрд.
или 3 млрд. лет. Столь большая длитель­
ность
действия
приливного
трения
неми­
нуемо должна БЫllа повлечь значительные
изменения лунной орбиты.
полуоси
на
на
и угла
10- 12
3 см в год, эксцентриситета -
f, -
Ha10- 8 -10- 9
градуса
в год. Это означает, что в далеком про­
шлом орбита Луны была менее эксцентрич­
ной, менее наклоненной и более близкой
к Земле. Чем ближе была Луна к Земле,
тем
сильнее
проявлялось
их
приливное
взаимодействие , тем быстрее (при том же
угле запаздывания) должна была изменять­
ся орбита. З а висимость эффекта от расстоя­
И3МRНЕНИЯ ЛУПIIОЙ ОРБИТЫ
ния очень сильна: для Луны , наход и вшейся
Совре м ен н ое движение Луны по ее ор­
бите
вокру г
сложными
Земли
формулами,
описывается
в
которых
очень
учтены
возмущения от Солнца, планет и сплюс н у­
тости Земли. Из-за в оз м ущений с перио ­
дом 8,85 года изме н яются большая полу­
ось лунно й орбиты (от 356000 до 407 000 км)
и ее эксцентриситет (6т 0,044 до 0,072). С
~P'j'i\llN\ n~p\IIC)~'C)N\ N\~)-\~~\c.~ )''iC)}) ",", о)\})С)н а ор-
в 2 раза бл иже к Земле, чем сейчас, ско­
рость изме н ен и я орбитал ь ных параметр6в
в
50
раз больше, если же Луна была когда­
то в 1О р аз ближе , то скорость изме н ения
в
300000 раз.
превыалаa современную
Продолжительность
пропорциональна
приливной
величине
угла
эволюции
запазды­
вания. Взаимосвязь же межд'у а, е и
ЗоВИОП
о,.
продолжительности
f,
не
процесса.
Расчеты
изменений
всех
параметров
впервые выполнены Дж. Дарвином в конце
70-х годов прошлого столетия. Они доведе­
ны
им
до
некоторого
момента
в
прошлом,
когда система Земля - Луна была в 15 раз
более тесной, чем сейчас, т. е. Луна находи­
лась на расстоянии четырех радиусов Зем­
ли.
Земные
сутки составляли всего
около
6 часов, а Луна обегала Землю за 12 часов.
Наклон лунной орбиты к земному экватору
был около 140. Вычисления Дарвина постро­
ены
на
весьма
океанических
сложной
приливов
и
системе
из-за
вначале
Луна
гипотезу о том,
находилась
еще
к
экватору,
ближе
что
к
на
минимальном
расстоянии,
сутки несколько короче месяца. Если бы
Луна оказалась внутри минимального рас­
стояния, то приливное трение стало бы
приближать ее к Земле, как оно приближа­
ет сейчас Фобос к Марсу. Таким образом,
расстояние «теснейшего сближения» сво­
его рода рубеж приливной эволюции, отде­
ляющий тип эволюции системы Земля-Луна
от типа Марс - Фобос.
Задача о приливных' изменениях лунной
учета
накапливав­
шихся погрешностей не были продолжены
в еще более далекое прошлое. Тем не ме­
нее Дарвин выдвинул
ном случае, когда орбита Луны наклонена
орбиты была вновь рассмотрена в 1955 г.
немецким астрономом Х. Герстенкорном.
Он использовал те же физические упроще­
ния, что и Дарвин, но принял более пра­
вильное
численное
значение
момента
инер­
от быстро вращавшейся жидкой Земли. Он
ции Земли. Он применил свой собственный
метод расчета изменений орбиты
Луны.
ссылался
У
Земле и что она возникла путем отделения
при
этом
на
теоретические
пред­
ставления об эволюции вращающихся жид­
ких тел и на возможность сильных колеба­
ний формы Земли, вызванных приливным
воздействием
Солнца.
Однако
впослед­
ствии
о
выяснилось,
возможности
жидких масс
формы
что
выводы
разделения
ошибочны
Земли
под
Дарвина
вращающихся
и что
действием
Герстенкорна,
сближения».
жения» получилось у Герстенкорна равным
солнечных
2,89R, что совпало с известным пределом
Позднее установ­
критическим
-
лено, что Земля никогда не была полностью
силами
расплавленной,
приливов
жидкую
стадию.
теза Дарвина
не
номами,
ни
что,
идя
такое
когда
проходила через
Поэтому
сейчас
гипо­
разделяется ни астро­
отметить,
системы
в
не
геофизиками.
Следует
свойства
е.
что
Земля
прошлое,
-
Расстояние «теснейшего сбли­
колебания
которого
т.
180,
25R
радиус Земли), начинает расти и до­
ходит до 450,7 на расстоянии «теснейшего
Роша
Земли.
ор­
(R -
отрыва
от
сокращения
ному экватору, после уменьшения до
когда Луна находится на расстоянии
приливов были бы явно недостаточны для
Луны
по мере
биты Луны в прошлом, ее наклон к зем­
современные
Луна
невозможно
таковы,
получить
состояние
системы
Земля - Луна,
Луна подходит непосредственно к
поверхности Земли. В силу сохранения об­
спутник
расстоянием,
разрывается
планеты.
Учет
лишь
влияния
слегка
ближе
приливными
солнечных
изменил
значение
минимального расстояния, дО 2,86R. Зада­
вая еще более ранние значения времени,
Герстенкорн получил из своих уравнений
снова рост большой полуоси. При этом эк­
сцентриситет возрастает до значений, близ­
ких к единице, а наклонность растет до
90
и затем до 1200. Получилось, что когда-то,
на самой ранней стадии, Луна была обрат­
ным
спутником
и
двигалась
по
очень
вы­
мы Земля - Луна, при уменьшении рассто­
яния между этими телами, лунный месяц
тянутой, почти параболической орбите, за­
тем подошла близко к Земле (до предела
Роша), и уже только после этого ее орбита
должен
стала
щего
момента
был
количества
движения
укорачиваться
гораздо
систе­
быст­
рее, чем земные сутки. В некоторый мо­
мент времени приливное взаимодействие
перестало бы отодвигать Луну от Земли.
Соответствующее расстояние является ми­
нимальным.
Его
«теснейшего
сближения».
называют
расстоянием
Если
бы орбита
Луны находилась точно в плоскости земно­
го экватора, это произошло бы тогда, ког­
да сутки стали бы равны месяцу, т. е. Луна
была бы синхронным спутником. В реаль-
.
постепенно
лиарды
лет
раскручиваться
превратилась
в
и
за
мил­
современную.
Понимая формальный характер своих рас­
четов, Герстенкорн указал, что из них вовсе
не следует реальность стадии обратного
спутника. Луна вполне могла образоваться
поблизости от Земли и «стартовать» С близ­
кой орбиты в сторону современной.
Однако результат Герстенкорна о
воз­
можности в прошлом эксцентричной, силь­
но
наклоненной
орбиты
Луны
показался
очень
значительным
известному шведскому
физику Х. Альвену. В 1963 г. он опублико­
вал
свою
нашумевшую
гипотезу
о
проис­
следовал его рост примерно до
10-11 о
на
расстоянии «теснейшего сближения». Рас­
четы, проведенные в
Институте
физики
хождении Луны путем ее захвата на вытя­
Земли, дали
нутую орбиту с попятным движением,
ко­
менения угла е. Таким образом, результат
дальнейшем трансформировал ась
Герстенкорна в отношении ориентации лун­
торая
s
в
ной орбиты
современную.
Альвен
не
рассматривал
какой-либо
Новые
весьма
в
сходную
прошлом
результаты
не
классическими результатами
то использовал распространенный довод о
расчеты
том,
Герстенкорна
что
очень
вытянутые
и
наклоненные
орбиты спутников не могут возникать при
их совместном образовании с планетами.
Альвен
предположил,
что
в
момент
«теснейшего
сближения»
целость
Луны
была нарушена приливными силами Земли,
и значительная доля ее вещества была
оторвана. Часть обломков якобы выпала
на Землю, послужив материалом для обра­
зования
земной
коры,
а
часть
упала
не
подтвердили
о
подтвердился.
оказались
конкретный способ захвата Луны, он прос­
картину из­
в
согласии
Дарвина.
также
совпадении
с
Эти
вывода
расстояния
«теснейшего сближения» с пределом Роша.
у
Макдоналда
минимум
расстояния
полу­
чился равным 2,5R. В наших расчетах эта
величина получилась еще меньше 2,4R.
Если бы Луна могла откуда-то издалека
подойти столь близко к Земле, разрываю­
щие ее силы были бы по крайней мере на
порядок выше прочности наиболее ПРО4ных земных пород, и Луна должна была бы
обратно на Луну, образовав при этом кра­
неминуемо разорваться
теры и моря. Это удивительное предполо­
предела Роша Луна не смогла бы CHOBd
собраться в единое тело. Поэтому можно
утверждать, что Луна никогда не подходила
к Земле на расстояние ({теснейшего сбли-
жение
не
только
герстенкорновского
выходит
расчета,
за
но
рамки
даже
про­
тиворечит ему, так как расчет был сделан
с постоянным значением массы
торая
к
альную
тому
же
принималась
Луны,
за
Гипотеза о том, что земная кора «сва­
лилась с Луны», противоречит данным гео­
Изме'нение ориентации луннойорби­
4~·t
ты
в
это
получилось
во
всем
прошл,ом
nИ,ВIНОГО iрени'я.
дей,ствием
Результаты
,при­
рас,чета
счетами других авторов
_,_О Дарбuн (1879)
_ _ _ _ repcmeHKopH(r955)
х-х-х Слuхmер
расчете
(l963)
- - - - - - Накданалd (f9б4)
включая этап до «теснейше­
COPOKUff (r965)
го сближения», и тогда «старт» Луны дол­
жен
:под
Герстенкорна не подтвер~даются ра-
вена нельзя принять всерьез. Но как быть
с результатом Герстенкорна? Может быть,
и в самом деле приливное трение обеспе­
чило орбите Луны столь сложную эволю­
как
Внутри
I'""f-'I I
физики и геохимии. Поэтому гипотезу Аль­
цию,
куски.
ко­
матери­
точку.
Герстенкорна,
на
походить на старт случайно захвачен­
ного тела?
о
В последнее время у многих ученых
возродился интерес к приливной эволюции
системы
Земля - Луна.
Известные зару­
бежные геофизики Г. Джеффрис, Л. Слих­
тер, В. Каула, Г. Макдоналд посвятили этому
вопросу
свои
работы.
Подобные
расчеты
25~
20'
производились и в Институте физики Земли
Академии наук СССР.
Весьма подробно эволюция орбиты в
прошлом и будущем рассмотрена Г. Мак­
доналдом. В отличие от Герстенкорна, он
нашел, что раньше лунная орбита была ме­
нее наклоненной к экватору Земли, чем
сейчас. Угол 8 тогда убывал до значения
около
9 о на расстоянии около 4R, затем
о
'1UHUNIjN
10
2а
за
50 драq.Jемлu
50
?lссmаЯffUfI
7
жени я», формально определяемое из урав­
нений для
изменения параметров орбиты.
Следовательно, никогда не существовало и
предшествующей
«теснейшему сближению»
стадии.
Есть и другие причины, заставляющие
считать такую стадию нереальноЙ. По рас­
четам Макдоналда на этой стадии враще­
к плоскости земного экватора, и была бли­
же к круговой, чем сейчас. Спутники, об­
ращающиеся по круговым орбитам, плос­
кости которых близки к плоскости экватора
планеты, обычно называют регулярными, и
их
происхождение
связывают
с
происхож­
дением самой планеты. Луна была раньше
ние Земли было бы столь быстрым, с пе­
более реrулярным спутником Земли, что
свидетельствует в пользу ее образования в
риодом
окрестнфсти
около
1
часа,
что
наша
планета
была бы ротационно неустойчивой; потери
энергии вращения
Земли
вследствие при­
ливного трения были бы тогда неприемле­
мо велики. Если бы выделявшееся тепло
распределял ось равномерно по Земле, то
все ее вещество нагрелось бы на 40000, что
никак не согласуется
Земли.
Макдоналд
с тепловой
отмечает
историей
также,
что
Земли.
Предположение,
что
когда-то, еще раньше, ее орбита была не­
регулярной, оказалось необоснованным.
Если рассмотреть различные мыслимые
способы происхождения Луны, то окажет­
ся,
что
гораздо естественнее
предположить
ее образование вблизи Земли, чем ее
хват
в
готовом
виде.
представлениям,
По
Земля
за­
современным
сформировалась
слишком быстрое вращение Земли в прош­
лом выделило бы ее из общего ряда пла­
небольших частиц до тел астероидных раз­
нет Солнечной системы, для которых име­
меров.
ется
были
эмпирическая
закономерность
нара­
из
твердых
В
тел
различных
процессе
происходить
роста
размеров
Земли
не только
-
от
должны
прямые
по- .
затормо­
падания тел в Землю, но и их взаимные
СТ'олюн'овения
в окрестностях Земли. По­
скольку эти столкновения были не упруги­
женная приливным трением, должна была
вращаться с периодом около 1О часов, что
ростей частиц и их захвату на околоземные
соответствует начальному расстоянию Луны
орбиты. Во время наиболее активной ста­
от Земли в ЗОR, т. е. половине современно­
дии роста Землю, так же как и другие пла­
неты, должен был окружать рой неболь­
ших тел и частиц, из которого образовалась ·
Луна. Активная стадия роста Земли дли­
лась всего около 100 млн. лет, поэтому
возраст Луны должен быть близок к воз­
расту . ЗеiМЛИ, т.
е. около 4,5
млрд.5 млрд. лет.
стания
удельного
момента
количества
движения с массой. Согласно этой законо­
мерности,
первичная
Земля, не
го расстояния. К последнему выводу, прав­
да,
следует
отнестить
с
осторожностью.
Приблизительная эмпирическая закономер­
ность,
к
тому
же
еще
не
получившая
на­
стоящего физического обоснования, не по­
зволяет
настаивать
на
точном
значении
начального периода вращения - 1О часов.
Если бы начальный период был равен, ска­
жем, 5 часам, то и это не противоречило
бы тепловой истории Земли, так как в этом
случае
вклад
приливной
энергии
в тепло­
вой баланс Земли был бы все равно в не­
сколько
раз
меньше
вклада
радиоактивных
ми,
часть
из
них
приводила
к
потере
ско­
Идея , об
образовании
с.путников
из
околопланетных
роев
была
высказана
О. Ю. Шмидтом. Последующие расчеты
подтвердили ее. Масса околоземного роя
зависела в основном от преобладающего
размера тел. Ее должно было хватить для
образования Луны, если значительная часть
веществ. Пятичасовому периоду вращения
Земли соответствовало бы начальное рас­
стояние Луны от Земли около 5R, т. е. зна­
чительно ближе, чем предполагает Макдо­
бы вещество было сконцентрировано в бо­
налд,
лее мелких
и
в
то
же
время
существенно
за
пре­
делом Роша.
ПРОИСХОЖ; (ЕшtE СИСТЕ'IЫ
3F,'I: Ш
-
.тIYII . \
Итак, рассмотрение прилив ной эволюции
лунной орбиты показывает, что в прошлом
она располагалась ближе к Земле, ближе
8
вещества околоземного роя была собрана
в тела с поперечником 10- 100 /(м. (Если
телах,
то
рой
получился
бы
излишне массивным.) Рост Луны в рое дол­
жен был идти на близком расстоянии от
Земли, в зоне 5R-10R, так как плотность
вещества в рое сильно убывала по мере
удаления от Земли. В облас'ти от ЗОR дО
едва ли мог сформироваться столь
60R
массивный
спутник,
как
Луна.
Можно
по-·
лагать, что там могли образоваться только
спутники типа небольших астероидов. При
отодвигании
Луны от
Земли вследствие
приливного взаимодействия эти небольшие
спутники должны были выпасть на Луну.
Такая гипотеза предложена еще в 50-х го­
дах Дж. Койпером для объяснения того,
почему
лунные
позднее
моря
древнейших
возникли
значительно
кольцевых
структур.
совместного
времени
нию
с
няв,
что
образования.
приливной
возрастом
Это
эволюции
Земли.
эффективный
краткость
по
сравне­
Макдоналд,
угол
при­
запаздывания
приливов был всегда такой же, как и те­
перь, т. е. немногим больше 2°, нашел, что
время отодвигания Луны с близких рассто­
яний
до
современного
составляет
менее
По мнению Койпера, впадины морей обра­
2 млрд. лет. Это время в основном опреде­
зованы
ляется ОТОДвиганием Луны уже на далеких
ударами
тел
со
сравнительно
не­
большими скоростями (до 3 км/сек), что
могло бы произойти, если бы эти тела были
того, где был старт:
спутниками Земли, а не приходили с около­
Макдоналд
солнечных орбит. Таким образом, схема
образования Луны в околоземном рое,
приливная эволюция ее орбиты, образова­
ный выход из этого затруднения: он допус­
расстояниях
кает, что
и
практически
на
предлагает
возраст
не
зависит
от
5R, 10R или 20R.
весьма
Луны
оригиналь­
действительно
не
более 2 млрд. лет, причем она сформиро­
что
валась в окрестности Земли из нескольких
Луна единственный спутник Земли, взаимно
согласуются между собой и со схемой ак­
«протолун», каждая из которых обращалась
по самостоятельной орбите
и
приливно
взаимодействовала с Землей.
Пере крест­
ние
лунных морей,
кумуляции
а
также
тот
факт,
Земли.
Что касается гипотезы захвата «готовой»
Луны, то никем еще не предложено меха­
низма, который мог бы естественно объяс­
нить захват Луны Землей. Приливное трение
для этого слишком слабо. Гравитационный
захват,
так
же
как
и
захват
вследствие
столкновения, потребовал бы участия треть­
его тела
с
массой
порядка
массы
Луны.
Подсчет показывает, что за время всей ис­
тории Земли вероятность «тройного сбли­
жения»
ничтожно
ложить,
что
все
мала,
даже
если
допланетное
предпо­
вещество
в
Солнечной системе состояло из луноподоб­
ных тел. Вероятность захвата одного из
тел при тройном сближении еще во мно­
го
раз
ный приливный эффект нескольких спутни-
Продолжительность эволюции систе­
мы Земля - Луна при различных ги­
потезахо
прили,вном
трении
в
прош­
лом:
1 - ,п,остоянный угол за,паздыва­
ния 2°,16 (Макдоналд, 1964); 2 - за­
паЗДbllва'ние, растущее по
закону от
СТОЯЩИй
0°
линейному
в прошлом АО 10,7 в на­
момент
з'апа,зДы'вание,
(Рус кол,
растущее
тичному ',за,кону от
2°,1 s насгоящий
1963); 3 по
квадра­
0°,05 в прошлом до
момент
], dраiJuуt'щ
(Рускол,
JеNЛU
1963)
меньше.
Итак, все мыслимые механизмы захвата
Луны оказываются неэффективными. Одна­
ко
существуют
совместного
ются
доводами
точки
доводы
зрения,
в
пользу
они
не
ми. Первый из них
различие
в
гипотезы
о
гипотезы
которые
захвата.
являются
уже
химическом
Луны, которое
из
против
образования,
С
счита­
нашей
решающи­
упоминался.
составе
получается,
железном
Это
Земли
если
и
исходить
составе
земного
ядра. Можно надеяться, что в ближайшие
годы вопрос о составе земного ядра будет
прояснен благодаря прогрессу физики вы­
соких давлений
и
составе
благодаря
ным
Луны -
геофизики, а
исследованиям
Второй
довод
на ее
вопрос
о
непосредствен­
поверхности.
выдвигается
против
од­
новременности образования Луны и Земли
и таким образом является доводом против
41,
-5
--4
-3
-2
-!
млрd лет
()
ков пренебрежимо мал, как это было уста­
воречия с краткостью приливной эволюции,
новлено еще Дарвином. Время изменения
вовсе не обязательно надолго задерживать
рост Луны в околоземном рое или даже
орбитальных
элементов
пропорционально
можения
его
вращения
спутника
массе,
Земли
а
обратно
время
тор­
квадрату
-
его
предполагать ее захват менее
назад.
Гипотеза о
млрд. лет
2
постоянстве угла запаз­
Maccbl. Поэтому время эволюции системы
дывания приливов во
«протолун» должно было определяться наи­
более массивной из
«протолун}}, которая
должна была иметь массу от 1/з до 1/4
более простой, но не наиболее
правдо­
подобной. С идеей о постепенном разогре­
массы современной Луны, т. е. радиус око­
гипотеза
ло 1000 км, И вначале находиться ближе к
Земле, чем остальные «протолуны». Таким
способом можно удлинить раза в три про­
клонении
должительность
мать,
всей
приливной эволюции.
С механической точки зрения такая гипотеза
могла бы считаться правдоподобноЙ. Ее
можно было бы согласовать с гипотезой
Койпера, если предположить, что попереч­
ники
всех
«протолун»,
превышали
мое
сотню
большое
ударное
как
след
тысяч,
и
было
по
как
са­
образование
тела
100 км.
картина
так
не
на
можно рассматри­
-
удара
ком не более
толуН»
должно
главной,
километров,
Луне-Море Дождей
вать
кроме
с
поперечни­
Но тогда «про­
быть
несколько
существу
не
должна
была ничем отличаться от описанного выше
долунного роя.
На наш взгляд, чтобы избежать проти-
по
результаты
исследования
астрофизике
ре.'IЯТИВИСТСКОЙ'
сообщил некоторые
кваза­
ров - очень далеких ярких объ­
ектов Вселенной, природа кото­
рых
пока
не
ясна.
Американским
aCTpOHOMO~
Шмидтом
получен
оптическии
спектр радиоисточника СТА-102.
Этот
объект
недавно
советские
обнаружили
ние
известен
тем,
астрономы
необычное
интенсивности
что
его
измене­
радио­
из.lIучения. Из анализа спектра
было установлено, что СТА-102
уда:шется от нас с огромной ско-
:1.0
упругости,
т.
паздывания
что
е.
вещества
о
была
яркость
определить
роль
океанических
значительно
вов
угла
меньше
запаздывания
позволяют
у
получить
далекими
от
можно
а
и
нас.
вычис­
зате~[,
зная
расстояние,
ЯРI{ОСТЬ.
позволяет
инфракрасного
квазаров.
представить
разом:
земных
время
прили­
приливной
системы.
Грубую модель квазара, ШШ
считает Шкловский, можно было
бы
современной
эволюции около 5 млрд. лет, равное вре­
мени жизни Земли.
Таким
образом, в
настоящее
время
больше доводов
в
пользу образования
Луны в окрестности Земли, чем в пользу ее
образования в иных областях Солнечной
спектре
мощного
излучения
на
мулы для увеличения со временем эффек­
тивного
заключить, что СТА-102 - квазар.
Недавние исследования источни­
ка 3С-273 американским астроно­
мом Джонсоном показали нали­
чие
приливов
выделились из недр. Весьма простые фор­
истинную
в
за­
зовались на Земле не сразу, а постепенно
Яркость СТА-Ю2 оказалась такой
же, как у других квазаров. Этот
факт вместе с характерными ли­
ниями
угле
хотя бы из-за того, что сами океаны обра­
удаляется
скорости
от­
идеальной
ранней стадии существования Земли также
другими
расстояние,
от
возрастающем
щая
с
согласуется
твердых приливов. Можно ду­
и
вместе
наи­
возрастающем
ЯРlше
видимую
комиссии
свойств
является
лучше
и
По
профессор
заседании
недр
постепенно
спектре,
лить
г.
на
о
дающая
ИССЛЕДОВАНИЯ
В
мае
'1965
И. С. Шкловский
земных
ростью, составляющей ОН.оло 60%
скорости света. Такую скорость
можно объяснить, если считать.
что этот объект находится очень
далеко за пределами Галактики
галактиками
КВАЗАРОВ
вании
времени
следующим
центральное
ядро
об­
разме­
ром примерно 4·1016 C.11 (около
двух световых недель), П:J.Т[уча­
ющее непрерывный спектр, за-
тем окружающая ядро обширная
оболочка радиусом ОItoло 1019 СМ,
несколько
линии
наконец,
сот
газа
область
парсек,
радиоволны.
И.
в
в
излучаю­
С.
Шклов­
ский считает, что основная энер­
гия
излучения
квазара
сосредо­
точена в инфракрасных лучах и
исходит
пз
центральной части
ядра,
из
области
размером
1015 СМ.
Видимый свет квазара полу­
чается благодаря рассеянию ин­
фракрасных лучей на быстрых
электронах в области ядра. По
мнению И. С. Шкловского, ква­
зар
-
весьма
активная
стадия
радиогалактики. Возможно, наи­
более близки к квазарам галак­
тики
Сейферта, у которых
энергии
мером
излучается
также
в
парсек (примерно
тры
квазаров
ферта
свечения,
тот
же.
и
идентичны
ядром,
95 %
раз­
несколько
сот
500
nс). Спек­
и
механизм
галактик
по-видимому,
Сей­
один
и