Когато Земята е танцувала с полярни луни

Произходът на Луната е бил терен за много научни дебати през годините, но напоследък изглежда астрономите са стигнали до консенсус: обект с размерите на Марс се е разбил в Земята преди милиарди години, като отломките са се слели в един обект, който сме нарекли Луна. Новообразуваната Луна бавно се отдалечава от Земята през следващите хилядолетия, но ново проучване предполага някои изненадващи нюанси в този модел.

Според настоящата теория Луната се е образувала преди около 4,5 милиарда години, малко след раждането на Слънчевата система. Започва с мощен сблъсък между ранната Земя и протопланета с размерите на Марс, наречена Тея. Ударът изпраща отломки в орбита около Земята, които в крайна сметка се сливат, за да създадат Луната. Има много доказателства в подкрепа на тази теория, идващи главно от състава на земната мантия и лунните скали.

Концепция на художник за ранната Слънчева система, където сблъсъкът между частици в акреционен диск е довел до образуването на планетезимали и в крайна сметка - планети. Тези древни частици са разнесли примитивни минерали във всеки обект от Слънчевата система. Кредит: NASA/JPL-Caltech

По-голямата част от облака отломки "пада" обратно на Земята, голяма част формира Луната, но част от него е изхвърлена от системата Земя-Луна.

В статията, наскоро написана от Стивън Леп (Stephen Lepp) и неговия екип от Университета в Невада, те изследват динамиката на материала, изхвърлен от удара.

Малко след формирането си Луната обикаля около Земята на разстояние около 5% от сегашната си стойност (средно разстояние – 384 400 км), но бавно, заради приливните ефекти между Земята и Луната, се отдалечава до сегашната си дистанция. Повърхността ѝ е била предимно разтопена магма, която постепенно се охлажда и втвърдява, образувайки познатата кора, мантия и ядро, които виждаме днес. Тежките бомбардировки набраздяват лунната повърхност с ударни басейни и кратери, а вулканичната активност довежда до бавното образуване на лунните "морета".

Орбитата на Луната около Земята се е установила в леко елипсовидна с ексцентричност 0,0549. Това не е перфектен кръг и се движи от 364 397 км до 406 731 км от Земята. Системата не е била толкова стабилна в ранните дни на системата Земя-Луна и частиците в нарастващата Луна са били по-хаотични.

Луната на 24 август 2023 г. с телескопа eQuinox 2 на Unistellar. Кредит: Nancy Atkinson.

Един от термините, които описват развиващите се орбити, е възлова прецесия (където орбиталните пресечки бавно се движат около орбитата).

Има два типа и при първият частиците в орбита бавно прецесират около вектора на ъгловия момент на системата Земя-Луна.

Другият възниква около силно ексцентрични двойни системи, когато наклонът на обикалящия обект е голям.

Частицата прецесира около бинарния вектор на ексцентрицитета. Като се вземат предвид Земята и орбитите на частиците в облака от отломки, когато Луната започва да се формира, така описаните орбити биха били нестабилни.

Екипът показва, че от всички възможни орбити на частици тези в полярни орбити са най-стабилни.

Изследователите отиват още по-далеч и показват, че те съществуват около двойната система Земя-Луна след формирането на Луната. Тъй като разделянето на Земята и Луната бавно се увеличава заради приливните сили, регионът от пространството, където биха могли да съществуват полярни орбити, е намалявал. Днес, когато Луната е на сегашното й разстояние от Земята, няма стабилни полярни орбити, тъй като доминира възловата прецесия, управлявана от Слънцето.

Екипът заключава, че наличието на материал в полярна орбита може да доведе до нарастване на ексцентричността на бинарна система като Земята и Луната. Ако значително количество материал попадне в полярна орбита, тогава ексцентричността на системата Земя-Луна би се увеличила.

Справка: Polar orbits around the newly formed Earth-Moon binary system. https://arxiv.org/pdf/2407.09701 

Източник: When Earth Danced with Polar Moons, universetoday

Още по темата

01/03/2018

Земята

Луната е създадена от гигантска "поничка" след сблъсък на Земята с протопланета

16/07/2019

Земята

Първият ядрен опит помага да се провери теорията на образуването на Луната

13/09/2016

Земята

Калият показа как се е формирала Луната (видео)

12/11/2014

Земята

Как се е образувала Земята и нейният спътник - Луната