A Hold eredetére vonatkozó, egymást kölcsönösen kizáró feltételezések három csoportja létezik :
Ezeket a feltételezéseket a Hold és a Föld közös tulajdonságainak és jelentős különbségeinek kombinációja generálja.
A modern adatok szerint a Hold sok tekintetben különbözik a Földtől, és mindenekelőtt kémiai összetételében (ami nem pontosan ismert, bár a Hold cirkumpoláris vidékein észrevehető jégtartalékokat találtak [1] ) , valamint az illékony elemek és vegyületek alacsony tartalmában. A holdkőzetek elemzése okot ad arra, hogy feltételezzük, hogy a Hold a Földtől eltérően teljes olvadáson ment keresztül. A Hold sűrűsége hasonló a Föld köpenyének sűrűségéhez , de nagyon kicsi vas-nikkel magja van.
Ugyanakkor nagy hasonlóságot fedeztek fel a Föld és a Hold között. A radioizotópos elemzés azt mutatja, hogy mindkét égitest megközelítőleg egyidős: körülbelül 4,5 milliárd éves. A stabil oxigénizotópok aránya a Holdon és a Földön azonos, ugyanakkor nagyon eltér ettől az aránytól az összes ismert meteorit esetében . Ez azt jelzi, hogy a Föld és a Hold a szomszédságban keletkezett - egy olyan anyagból, amely a Naptól azonos távolságra volt egy protoplanetáris felhőben.
A Hold mindig is lenyűgözte az emberiséget megjelenésével és létezésének tényével. Az ókorban sok nép istenségként imádta a Holdat. Az ókori görögök lehettek az elsők, akik tudományos megközelítéssel tanulmányozták a Holdat . A Krisztus előtti harmadik században. e. A szamoszi Arisztarchosz a holdfogyatkozások során a Holdon a föld árnyékát megfigyelve hatvan földsugárra becsülte a Hold távolságát (figyelemre méltó eredmény: a modern adatok szerint a Hold pályájának sugara 55 és 63 földsugár között változik). Plutarkhosz azt javasolta, hogy emberek élhessenek a Holdon – szelenitek . Úgy tartották, hogy a hold sötét foltjai a tengerek , a világos helyek pedig a szárazföld.
1609-ben Galileo Galilei hegyeket és krátereket fedezett fel a Holdon, miután teleszkópon keresztül látta az általuk vetett árnyékokat . Megfigyelései alapján Galilei arra a következtetésre jutott, hogy a Hold sziklás test, akárcsak a Föld. Azóta tudósok sok generációja töprengett a Hold keletkezésének rejtélyén, kezdve Immanuel Kanttal és Rene Descartes -szal . A tizenhetedik század elejétől a huszadik század közepéig számos fő hipotézist állítottak fel, amelyeknek megvoltak a támogatóik és a népszerűségük növekedése.
A Hold keletkezésének első tudományos elméletét George Howard Darwin brit csillagász terjesztette elő 1878-ban [2] . Ezen elmélet szerint a Hold magmarög formájában vált el a Földtől centrifugális erők hatására . Egy alternatív "befogáselmélet" a Hold létezését javasolta külön planetezimálként , amelyet a Föld gravitációs mezeje fog be [2] . A közös képződés elmélete a Föld és a Hold egyidejű kialakulását feltételezi egyetlen sor kis kőzetdarabból [2] . Az Apollo-misszió által szállított talaj elemzése kimutatta, hogy a Hold talajának összetétele jelentősen eltér a Földétől [3] . Ezen túlmenően a modern számítógépes modellek megmutatták, hogy a centrifugális erők hatására egy hatalmas test elválik a Földtől [3] . Így az eredeti három elmélet egyike sem állja meg a helyét (lásd még a „Hipotézisek a Hold eredetéhez” című részt alább ).
A Hold tanulmányozásában az 1960-as években új korszak kezdődött, amikor a szovjet automata állomások és az amerikai Apollók repültek a Holdra. Egy új tudomány jelent meg: a szelenológia . Holdkőzetmintákat szállítottak a Földre, amelyek gazdag anyagot szolgáltattak a régi elképzelések átgondolásához és újraértékeléséhez.
A Naprendszer kialakulása egy gáz- és porfelhő gravitációs összenyomásával kezdődött, amelynek középpontjában a legnagyobb tömegű test, a Nap jött létre . A protoplanetáris korong anyaga kis planetezimálokká gyűlt össze , amelyek egymásnak ütközve bolygókat alkottak . A planetezimálok egy része a belsejéből a Kuiper-övbe és az Oort-felhőbe lökött ki .
| Test | Sűrűség [4] g/ cm3 |
|---|---|
| Higany | 5.4 |
| Vénusz | 5.2 |
| föld | 5.5 |
| Hold | 3.3 |
A Hold kialakulására vonatkozó bármely megfontolt hipotézisnek nemcsak a fizikai törvényeknek kell megfelelnie, hanem a következő körülményeket is meg kell magyaráznia:
Ennek alapján a következő hipotéziseket állítottuk fel:
Az Apollo repülések előtt a Hold kialakulásának három hipotézise számított a tudományos világban a fő hipotézisnek: centrifugális elválasztás, befogás, ízületi akkréció . Az angol nyelvű irodalomban "The Big Three"-nek ( eng. The Big Three ) hívják őket.
A Hold és a Föld elválasztásának hipotézisét először George Darwin , a híres Charles Darwin fia vetette fel 1878-ban. Azt javasolta, hogy a Föld kialakulása után nagyon nagy sebességgel forogjon. A centrifugális erők hatására a bolygó annyira megnyúlt az egyenlítő mentén, hogy egy nagy darab anyag leszakadt róla (valószínűleg ezt a Nap árapály-ereje is elősegítette). Ebből az anyagból alakult ki később a Hold. Ezt a hipotézist 1882-ben Osmond Fisher geológus támasztotta alá.: véleménye szerint a Csendes-óceán medencéje pontosan azon a helyen keletkezett, ahol a leendő Hold elszakadt a Földtől. A Darwin-Fischer-hipotézis nagy népszerűségre tett szert, és a 20. század elején általánosan elfogadott maradt.
Megfontolások mellette és ellene Az anyag elválasztása a túlfeszített egyenlítői dudortól jó magyarázat a Hold jelenlegi méretére. A Hold kisebb sűrűsége is jól illeszkedik ehhez a hipotézishez, mivel megfelel a Föld köpenyének sűrűségének . A modern adatok is megerősítik a Föld gyorsabb forgásának tényét a távoli múltban (lásd : a Hold árapály-gyorsulása ). A centrifugális elválasztáshoz szükséges forgási sebesség azonban túlságosan nagy (1-2 óra alatt egy Földfordulás). A Föld forgásának szögimpulzusának ebben az esetben 3-4-szer nagyobbnak kellett volna lennie, mint a Föld-Hold rendszer jelenlegi (már amúgy is szokatlanul nagy) szögimpulzusának. Egy ilyen szöges forgásimpulzus megjelenése a kialakult Földön nem magyarázható, mint ahogy a későbbi eltűnése sem. A Hold anyagának illékony elemeinek tartalma, amely alacsonyabb, mint a Földé, nem fér bele ebbe a hipotézisbe. Ezenkívül a litoszféra lemeztektonikájának modern elmélete úgy véli, hogy a Csendes-óceán medence jelenlegi formájában csak körülbelül 70 millió éve létezik, és nem jöhetett létre, amikor a köpeny elvált a Földtől.A befogási hipotézist először 1909-ben Thomas Jefferson Jackson See amerikai csillagász javasolta . E hipotézis szerint a Hold független bolygóként alakult ki valahol a Naprendszerben, majd némi perturbáció következtében a Föld pályájával metsző elliptikus pályára költözött. A Föld következő megközelítésekor a Holdat befogta a Föld gravitációja, és műholdjává vált.
Megfontolások mellette és ellene számára :
elég kemény talajra kell támaszkodnia, például habkőre [1]
Ellene :Oleg Sorokhtin és Szergej Ushakov 1989-ben javasolta a befogási hipotézis saját verzióját – a befogott bolygó elpusztításával a Föld árapály-ereje által . Elméletük szerint a Föld egy szomszédos pályáról, a Proto-Holdnak nevezett bolygót foglyul ejtette, és a Föld-közeli pályára állította. Mivel az új műhold gyorsabban keringett, mint a bolygó forgása, intenzív árapály-erők húzták a Föld felé (egyidejűleg "pörgetve" a Földet). Végül az újonnan talált műhold megközelítette a Roche határát , és elkezdett összeomlani. A Proto-Holdból származó anyag spirálisan a Föld felé haladt. Ekkor a műhold gyakorlatilag szétszakadt, vasmagja a Földre esett, és a kéreganyag jelentős része pályán maradt. Ezekből a töredékekből kezdett kialakulni a Hold, amely gömb alakú formát kapott, és eltávolodott a Földtől.
A hipotézis utolsó helye gyengének tűnik: miért kezdett el távolodni a Hold a Földtől, ha korábban a Proto-Hold gyorsabban fordult, mint a Föld forgási periódusa, és a Föld árapály-ereje lelassította, így közelebb került a Földhöz ? Az sem világos, hogy miért a vasmag esett a Földre, és nem a kéreg anyaga. És végül, a szomszédos bolygó ilyen sikeres és „sima” elfogásának lehetősége még mindig rendkívül valószínűtlennek tűnik.
Ilyen hipotézist először Immanuel Kant mutatott be a kozmogóniáról szóló munkájában, 1755-ben. Azt javasolta, hogy minden égitest egy porfelhő összenyomódása következtében jelent meg, és a Hold és a Föld együtt, egy porrögből jött létre: először a Föld, majd a megmaradt anyagból, a Hold. A koakréciós hipotézis nagy támogatója a híres csillagász, Edouard Roche volt . A Szovjetunióban a koakréciós hipotézist aktívan fejlesztette Otto Schmidt iskolája ( Viktor Safronov , Evgenia Ruskol és mások). Az 1970-es évekig a koakréciós hipotézist tartották a legfejlettebbnek.
A hipotézis azt sugallja, hogy a Föld és a Hold egyszerűen "nőtt" ugyanazon a pályán, mint egy kettős bolygó , a szilárd részecskék kezdeti protoplanetáris rajából. Először a proto-Föld kezdett kialakulni. Amikor elegendő tömegre tett szert, a protoplanetáris raj részecskéit felfogta vonzása, és független elliptikus pályákon forogni kezdtek a bolygó embriója körül. Ezek a részecskék létrehozták saját körbefutó rajukat. A rajrészecskék egymásnak ütköztek, néhányan elvesztették sebességüket, és a proto-Földre estek. A többiek pályáját átlagolták egymás között - a raj közel körpályát kapott. Aztán ebből a rajból kezdtek kialakulni a leendő műhold, a Hold embriói.
Megfontolások mellette és ellene Ha a Föld és a Hold egymás közelében keletkeztek, akkor az oxigén-izotóp aránya könnyen megmagyarázható. Ekkor azonban teljesen érthetetlenné válik a két test sűrűségének különbsége, valamint a Holdon a vas és az illékony elemek hiánya. William Hartman szerint " nehéz elképzelni, hogy két égitest egymás mellett nő ki ugyanabból a keringési anyagrétegből, de ugyanakkor az egyik elveszi az összes vasat, a másik pedig gyakorlatilag anélkül marad ." A hipotézis hívei ezt azzal magyarázzák, hogy az ütközések során a raj anyagának darabjai összetörtek, majd nehéz vasrészecskék hullottak a Földre, a szilikátpor pedig a pályán maradt. Egy ilyen magyarázat aligha tekinthető kielégítőnek: ehhez először a raj szinte minden részecskéjének poros állapotba kellett esnie [6] . Hasonló módon ez a hipotézis magyarázza az illékony anyagok hiányát – ezek az ütközések és a rajrészecskék feldarabolódása során elpárologtak. Ehhez azonban a részecskéknek nagy relatív sebességgel kellene ütközniük, és állítólag mindegyikük ugyanabba az irányba mozog. Sőt, hasonló folyamatnak kellett volna végbemennie a Föld és a földi csoport más bolygóinak kialakulásakor is, de ennek eredményei nem figyelhetők meg. Ez a hipotézis nem tudott érthető magyarázatot adni sem a Föld-Hold rendszer nagy szögimpulzusára, sem a Hold pályájának 5°-os dőlésére a Föld keringési síkjához képest [7] [8] .1955-ben Ernst Julius Epic felállított egy hipotézist, amely részben összekapcsolja a centrifugális elválasztás és a koformáció hipotéziseit. Változata szerint az őt bombázó kőrészecskék gyűrűjével körülvett proto-Föld állandó becsapódások hatására magas hőmérsékletre melegedett fel - körülbelül 2000 ° C- ra. Jelentős tömegek párologtak vissza a Föld-közeli űrbe. A napszél elfújta az illékony anyagokat, a nehezebb komponensek pedig összecsapódtak és egyesültek a forgó gyűrűk anyagával , amelyek aztán egyetlen nagy anyagdarabká - a Holdba - egyesültek. Ha a Föld felmelegedése kialakulásának késői szakaszában következett be, akkor ekkorra a nehéz vaskőzetek már besüllyedtek a magba, és a Föld felszíni rétegeinek vastartalma jóval kisebb volt, mint a kezdeti.
Megfontolások mellette és ellene A párolgási hipotézis nagyon jól megmagyarázza a Hold kémiai összetételére vonatkozó adatokat, de nem tudja megoldani sem a nagy szögimpulzus problémáját, sem a holdpálya dőlésének problémáját. A geológiai adatok sem erősítik meg a Föld ilyen erős felmelegedését a kialakulás szakaszában: a földkéreg kőzeteinek összetétele azt jelzi, hogy a Föld soha nem olvadt meg teljesen.Az 1960-as években Thomas Gold és Gordon MacDonald bemutatta azt a hipotézist, hogy több műholdból egy nagy hold keletkezik . Fő gondolatuk az volt, hogy a Föld sokkal könnyebben megörökítene több, külön-külön elrepülő kis égitestet, mint egy nagyot. Ha a Föld hatról tíz kis holdra "elkapna", akkor a pályájukat később az árapály-erők megváltoztathatják. Körülbelül egymilliárd éven keresztül a holdak ütközhettek egymással, és törmelékükből alakult ki a hold.
Megfontolások mellette és ellene Valószínűtlennek tűnik annak a lehetősége, hogy a Föld nagyszámú műholdat fog el, és ezek később megsemmisülnek. A Marsnak két kis műholdja van ( Phobos és Deimos ), amelyek még mindig együtt léteznek Mars-közeli pályákon. A Vénusznak , amelynek tömege közel van a Földhöz, egyáltalán nincsenek műholdak, mint a Merkúrnak . Ez a hipotézis sem magyarázza meg a Hold és a Föld oxigénizotóp-összetételének azonosságát.Az ütközési hipotézist William Hartman és Donald R. Davis javasolta 1975-ben. Szerintük egy körülbelül Mars méretű protobolygó ( Theia ) ütközött a proto-Földdel kialakulásának korai szakaszában, amikor bolygónk jelenlegi tömegének körülbelül 90%-a volt. Az ütés nem középen, hanem szögben (majdnem érintőlegesen) esett. Ennek eredményeként a becsapódott objektum anyagának nagy része és a földköpeny anyagának egy része a Föld-közeli pályára került. A proto-hold ezekből a töredékekből gyűlt össze, és körülbelül 60 000 km-es sugarú körben kezdett keringeni. A becsapódás következtében a Föld a forgási sebesség élesen megnövekedett (egy fordulat 5 óra alatt) és a forgástengely észrevehető dőlésszöge.
Megfontolások mellette és ellene Jelenleg az ütközési hipotézist tekintik a fő hipotézisnek, mivel jól megmagyarázza a Hold kémiai összetételével és szerkezetével kapcsolatos összes ismert tényt, valamint a Föld-Hold rendszer fizikai paramétereit. Kezdetben nagy kétségeket keltett egy ekkora test ilyen sikeres ütközésének lehetősége (ferde becsapódás, alacsony relatív sebesség) a Földdel. De akkor azt feltételezték, hogy Theia a Föld pályáján, a Nap-Föld rendszer egyik Lagrange-pontján jött létre. Egy ilyen forgatókönyv jól magyarázza mind az ütközés alacsony sebességét, mind a becsapódási szöget, mind a Föld jelenlegi, szinte pontosan körpályáját.2004-ben Nikolai Gorkavy fizikus azt javasolta, hogy a Föld fokozatosan veszít tömegéből a több tíz és több száz kilométeres kozmikus testek általi aszteroidabombázás következtében [9] [10] . Ezek az ütközések a Föld köpenyének anyagának egy részét a világűrbe dobták, ahol a Hold keletkezett belőle [10] [11] . A hipotézis megmagyarázza, honnan származik a Hold anyagában (és a Hold sarkain) lévő víz, amelynek az óriás becsapódási hipotézis szerint a megaütközés során el kellett volna forrnia. Az új hipotézis egy másik szűk keresztmetszetet is megmagyaráz a mega-impakt elméletben: a Theiával való ütközés után miért nem veszített vizet a Föld sem, mert fel kellett melegednie az óceánok teljes forrásig. Számos kisebb ütközés esetén a bolygó ilyen felmelegedése nem történhetett volna meg, és nem veszíthette volna el a víz nagy részét.
Gorkavy következtetéseit 2013-ban egy moszkvai csillagászcsoport [12] , 2017-ben pedig izraeli szakértők [13] támogatták .
Az 1960-1970-es amerikai holdexpedíciók egyik fő célja az volt, hogy bizonyítékot találjanak az akkoriban vezető Big Three hipotézisek egyikére: a centrifugális elválasztásra, a befogásra és a társakkrécióra. De a legelső kapott adatok komoly ellentmondásokat tártak fel mindhárom hipotézissel. Az összes eddig felhalmozott tényt figyelembe veszik[ kitől? ] egy olyan hipotézis mellett tanúskodnak, amely az Apollo-repülések során még nem létezett - az óriás becsapódási hipotézis .
A 2000-es évek elejére azonban világossá vált, hogy az óriás becsapódási hipotézis nem magyarázza meg kielégítően a Hold illékony összetevőiben való kimerülését a Földhöz képest, vagyis nem ért egyet a párolgás során bekövetkező izotópfrakcionálással. illékony alkatrészek ütközés után [14] . Ezért E. M. Galimov orosz geokémikus hipotézist javasolt a Föld és a Hold kialakulásának egy közös protoplanetáris gáz- és porfelhalmozódás feldarabolódása eredményeként, amely geokémiai és dinamikai szempontból egyaránt kielégítő [15] [ 16] .
| Hold | ||
|---|---|---|
| Sajátosságok | ||
| Hold keringése | ||
| Felület | ||
| Holdtan | ||
| Tanulmány | ||
| Egyéb | ||