Обратная сторона Луны невероятно отличается от обращенной к Земле стороны. 63 года спустя мы знаем, почему лица Луны не похожи друг на друга.
Ключевые выводы
- Ближняя сторона Луны обращена к Земле практически все последние 4,5 миллиарда лет. На протяжении всей истории жители Земли смотрели на ее легендарные горы, кратеры и темные моря (бассейны).
- Но в 1959 году человечество, наконец, облетело космический корабль вокруг Луны на противоположную, дальнюю сторону Луны, и увидело лицо, которое было совершенно другим и практически неузнаваемым.
- Более полувека мы ломали голову над тем, почему эти две стороны одного и того же планетарного тела такие разные. Благодаря физике ранней Земли мы наконец получили ответ.
Луна, безусловно, является самым ярким и самым большим объектом, видимым человеческим глазом в ночном небе Земли. По сравнению с Венерой, следующим по яркости видимым объектом, Луна в тридцать раз больше в диаметре, занимает почти в 1000 раз большую площадь поверхности и выглядит примерно в 1 000 000 раз ярче Венеры. Более того, Луна не кажется нам единым диском, а демонстрирует невероятные различия от места к месту на поверхности, даже если смотреть с нашей ограниченной точки зрения здесь, на Земле.
Невооруженным глазом эти различия могут показаться просто яркими и темными пятнами: проще всего увидеть так называемого «человека на Луне». Но если вы посмотрите в телескоп, то увидите не только эти темные пятна, вырисовывающиеся на фоне более ярких участков, но и горные хребты, кратеры с высокими стенами и отходящими от них лучами, теневой рельеф на границе ночи и дня., известный как терминатор Луны.
Хотя эти особенности могут быть вам знакомы, все они содержат ключи к разгадке древней истории Луны и могут помочь нам понять, почему «лицо» Луны, которое мы видим, - не единственная важная перспектива.
Аннотированная мозаика ближней стороны Луны, полученная широкоугольной камерой лунного разведывательного орбитального аппарата НАСА. Можно увидеть моря, выступающие кратеры, а также стены, лучи и хребты. Мы были потрясены, когда обнаружили, что этот вид ближней стороны Луны не повторяется на ее обратной стороне.
Даже с готовым биноклем или самым дешевым телескопом, который вы можете найти, есть две основные особенности Луны, которые вы не можете пропустить:
- Что он сильно изрыт кратерами, и что светлые области, как правило, более сильно изрыты кратерами, чем более темные. Многие области с кратерами включают небольшие кратеры внутри кратеров среднего размера внутри гигантских кратеров, что свидетельствует о том, что более крупные кратеры настолько стары, что на них образовались более новые, более мелкие.
- Что на нем есть эти темные области, известные как maria (латинское слово «моря»), в которых относительно немного и в основном кратеры меньшего размера. Эти регионы примечательны тем, что они значительно отличаются по цвету и составу от большей части Луны.
Это правда, что Луна всегда обращена к нам одной и той же стороной, но разные части лунного полушария освещаются в течение месяца, в зависимости от относительного положения Земли, Луны и Солнца.
Хотя Луна приливно привязана к Земле, так что одна и та же сторона всегда обращена к нашей планете, тот факт, что орбита Луны является эллиптической и следует законам движения Кеплера, гарантирует, что она, кажется, качается назад-и -четвертый в течение месяца: явление, известное как лунная либрация. В целом, с Земли с течением времени видно 59% всей лунной поверхности, а не 50%.
Кроме того, поскольку орбита Луны имеет эллиптическую форму, она движется быстрее, когда она ближе всего к Земле, и медленнее, когда она дальше всего от Земли, видимый лик Луны меняется очень незначительно, явление, известное как лунная либрация. Несмотря на то, что это означает, что в течение многих месяцев мы могли видеть в общей сложности до 59% Луны, это было только 63 года назад, когда советский космический корабль «Луна-3» повернулся к обратной стороне Луны., что мы получили наши первые снимки обратной стороны Луны.
Хотя это не было очень впечатляющим с точки зрения качества изображения, оно было замечательным по неожиданной причине: ближняя сторона Луны выглядит совершенно иначе, с точки зрения как кратеров, так и особенностей моря, от дальняя сторона, которая всегда обращена от нас. Это открытие стало настоящим шоком, и в течение десятилетий, даже когда наши изображения и понимание этой неуловимой стороны нашего ближайшего планетарного соседа улучшались в качестве, нам не хватало объяснения того, почему эта разница вообще существует.
Исходное изображение обратной стороны Луны, полученное советской миссией «Луна-3» (A), вместе с его современной цифровой реставрацией (B) в сравнении с современным изображением обратной стороны Луны, полученным НАСА Лунный разведывательный орбитальный аппарат (C).
Итак, в чем большая разница между ближней и дальней стороной?
Одна вещь, которую вы сразу заметите, это почти полное отсутствие темных морей на дальней стороне. В северном полушарии Луны есть один заметный, но он маленький. Возможно, в южном полушарии есть несколько меньших, более мелких, соединенных между собой, но ни один из них не такой широкий, глубокий или широкий, как любой из тех, что на ближней стороне Луны. Марии сильно отличаются между ближней и дальней стороной.
Возможно, второе, что вы заметите, это то, насколько более заметно и основательно покрыта кратерами обратная сторона. С гораздо большей площадью поверхности, лишенной этих морей, есть больше областей, которые кажутся более старыми и более сильно изрытыми кратерами. Это приводит к большему количеству кратеров, из которых исходят лучи, даже пересекающие друг друга на противоположной стороне.
Хотя это было впервые обнаружено еще в 1959 году, потребовалось гораздо больше времени, чтобы найти причину этой загадки. Понимаете, есть очевидное объяснение - которое, может быть, вы и сами придумали - но оно оказывается неверным.
Это изображение поверхности Луны, сделанное Аполлоном-8, смотрит на юг на 162 градусе западной долготы, демонстрируя пересеченную местность, характерную для дальнего полушария Луны. Сильно покрытые кратерами элементы, в том числе множество кратеров внутри кратеров, указывают на его возраст, в то время как отсутствие морей свидетельствует о большей толщине земной коры, чем на ближней стороне.
Наш опыт говорит нам, что Солнечная система полна опасных комет и астероидов, периодически погружающихся во внутренние пределы окрестностей нашей звезды. Когда дела во внутренних мирах идут хорошо, эти тела производят зрелищные явления, такие как кометные хвосты и метеоритные дожди. Но когда дела идут плохо, одно из этих больших тел врезается в более крупное, вызывая катастрофические последствия и, если в мире есть жизнь, которая подвергается удару, потенциальное вымирание.
«Очевидным» объяснением было бы то, что, когда эти массивные космические камни направляются к Луне с дальней стороны, на их пути вообще нет препятствий, и каждый объект, который может столкнуться с ними, обязательно мешает. Но когда вы приближаетесь к Луне с ближней стороны, Земля оказывается на пути, и мы можем действовать как щит для объектов, которые в противном случае столкнулись бы с ближней стороной Луны. При этом Земля могла бы либо поглотить эти удары, либо гравитационно отклонить эти потенциальные ударные объекты от Луны.
Это очевидное объяснение.
Хотя Земля может быть большой и массивной по сравнению с Луной, оба тела очень малы по сравнению с расстоянием между ними. Свету требуется около 1,25 секунды, чтобы пройти в одну сторону от Земли до Луны, а расстояние между Землей и Луной примерно в 40 раз больше диаметра Земли.
Но если мы посмотрим на детали системы Земля-Луна, будет ли это объяснение верным?
Это хорошая попытка осмыслить то, что мы видим, но тот факт, что расстояние от Земли до Луны примерно в сорок раз больше, чем диаметр Земли, означает, что разница в количестве столкновений с ближняя сторона Луны от дальней должна быть менее 1%, когда мы запускаем числа. И это просто не так; дальняя сторона примерно на 30% более кратерирована, чем ближняя, огромная разница, которую нельзя количественно объяснить эффектом гравитационного отклонения.
Кроме того, это объяснение не предлагает различий в количестве и размере морей, которые появляются на ближней и дальней сторонах. Считается, что удары не вызывают их; они являются результатом потоков базальтовой лавы. Тот факт, что Земля предлагает небольшую планетарную защиту ближней стороне Луны, просто не может объяснить эту особенность.
Так чем же объясняются различия между ближней и дальней стороной? Оказывается, ответ действительно имеет какое-то отношение к космическим столкновениям, но не к кометам и астероидам.
Эта анимация включает спутниковые изображения обратной стороны Луны, освещенной Солнцем, когда она проходит между камерой полихроматического изображения Земли (EPIC) космического корабля DSCOVR и телескопом, и Землей - один миллион миль (1.6 млн км) далеко. Обратная сторона Луны сильно отличается от ближней.
По сравнению со всем, что пережила наша планета за последние 65 миллионов лет, астероид, уничтоживший динозавров, был очень большим. Он был примерно от 5 до 10 км в поперечнике, или размером с очень большую гору. Но если мы вернемся примерно на 4,55 миллиарда лет назад, мы узнаем, что ударный объект Чиксулуб был абсолютно не самым крупным столкновением в истории Земли, во всяком случае, далеко не так..
Мы даже не осознавали этого, пока не привезли камни с Луны и не обнаружили, что они сделаны из того же материала, что и Земля! Это было большим сюрпризом, потому что никакие другие спутники Луны/планеты в Солнечной системе - ни Юпитер и его спутники, ни Марс и его спутники, ни Сатурн и его спутники - не похожи на это. Почему это так?
Приблизительно 4,5 миллиарда лет назад, когда Солнечная система была еще в зачаточном состоянии, Земля была в основном сформирована и составляла около 90-95% ее нынешней массы. Но был еще один очень большой планетоид размером с Марс, который находился на орбите, почти идентичной земной. В течение десятков миллионов лет эти два объекта неустойчиво танцевали в направлении друг от друга. И вот, наконец, примерно через 50 миллионов лет после образования Солнечной системы, они столкнулись друг с другом!
Когда два больших тела сталкиваются, как это произошло между Землей и Тейей в ранней Солнечной системе, в результате они, как правило, образуют еще одно массивное тело, но обломки, поднятые в результате столкновения, могут сливаться. в одну или несколько больших лун. Вероятно, так было не только с Землей, но и с Марсом, Плутоном и их лунными системами.
Подавляющее большинство обеих протопланет сформировали Землю, в то время как большое количество обломков было выброшено в космос. Со временем значительная часть этого мусора объединилась под действием гравитации, образовав Луну, в то время как остальная часть либо упала обратно на Землю, либо улетела в другое место в Солнечной системе. Как бы безумно это ни звучало, когда она была предложена в 1970-х годах, она стала общепринятой теорией, подтвержденной многими наблюдаемыми явлениями, которые соответствуют предсказаниям, сделанным за последние 40 лет. Кроме того, теперь есть доказательства того, что спутники вокруг других каменистых миров, таких как Марс и Плутон, вероятно, также образовались в результате гигантских столкновений.
Это столкновение должно было произойти очень рано в истории Солнечной системы, и когда оно произошло, Земля была еще очень горячей: около 2700 Кельвинов! Луна, сформировавшаяся изначально, образовалась из диска обломков, который должен был подвергаться воздействию очень горячей Земли во время ее формирования. Есть несколько деталей, в которых мы уверены:
- Луна, вероятно, изначально располагалась намного ближе к нам,
- вероятно, через очень короткое время, ~100 000 лет или меньше, он стал заблокированным приливом,
- и, возможно, даже был рожден приливно-запертым, потеряв свой избыточный угловой момент вращения еще до своего завершения формирования.
Эта последняя деталь в настоящее время неизвестна, но остается большой вероятностью. Если это так, наличие этого дополнительного источника тепла (Земли) рядом с точки зрения того, какие материалы доступны для Луны как на обращенной к Земле, так и на дальней от Земли стороне, по мере ее формирования имеет большое значение.
Примерно через 50 миллионов лет после образования Земли в нее врезался большой объект размером с Марс по имени Тейя. Последствия столкновения перегрели Землю и подняли огромное количество обломков, большая часть которых сформировала Луну. Остальные либо сбежали из системы Земля-Луна, либо упали обратно на одно из двух тел. В то время как обратная сторона Луны охлаждалась быстрее, ближняя сторона из-за того, что она была обращена к горячей Земле, оставалась более горячей гораздо дольше.
Только в 2014 году, через колоссальные 55 лет после того, как мы впервые увидели обратную сторону Луны, исследование Арпиты Рой, Джейсона Райта и Стейнна Сигурдссона синтезировало эту полную историю и представило необходимые доказательства в поддержку этого.
То, что они сделали, было замечательно, чтобы продемонстрировать силу этого объяснения. Они рассмотрели событие, создавшее раннюю систему Земля-Луна, и проследили потенциальные пути ее физической эволюции. Сама Луна в конечном итоге формируется из околопланетного обломочного диска, окружающего Землю. Если Земля очень горячая, некоторые элементы будут истощаться по мере их приближения к Земле в пределах этого диска: такие элементы, как кальций и алюминий. Другими словами, тепло, исходящее от ранней Земли, создает химический градиент внутри диска, что приводит к различному составу на той стороне Луны, которая находится ближе к Земле, и на той стороне, которая находится дальше от Земли.
Очень сильные приливные силы Земли, помните, что Земля очень массивна по сравнению с Луной (примерно в 70 раз массивнее) и что Луна в прошлом была ближе к Земле, очень легко могут привели к формированию Луны, уже предварительно привязанной к Земле. Если это так, то большее содержание кальция и алюминия в дальней части околопланетного диска должно приводить к более толстой коре на обратной стороне Луны по сравнению с ближней.
Химический/композиционный градиент к протолунному диску по мере формирования Луны, таким образом, мог бы сохраниться сегодня как разница между двумя полушариями Луны. Если бы Луна вращалась быстро, как цыпленок барбекю на гриле, это было бы невозможно, но если бы Луна испытывала практически мгновенную синхронизацию приливов с Землей, это было бы почти неизбежно.
В конце 1969 года во время извержения Мауна-Улу можно было увидеть, как лава течет в кратер Алои. Когда камень падает в лаву, будь то с Земли или в результате внеземного удара, ударного кратера не останется, так как жидкость просто переформируется вокруг места удара. Это относится и к расплавленному материалу на Луне.
Морские воды, которые мы видим, являются свидетельством потоков лавы, которые произошли намного позже, когда расплавленная порода стекала в большие котловины и низменности на лунной поверхности. Если ближняя сторона образовалась с более тонкой коркой и другим составом, чем дальняя сторона, это объясняет, почему даже спустя миллиарды лет два лица выглядят так по-разному: с разными размерами и количеством морей на них.
С учетом того, что эти темные лунные моря затвердели гораздо позже в истории Солнечной системы, легко понять, почему они гораздо менее покрыты кратерами, чем лунные нагорья, которые так долго были твердыми. Когда ваша поверхность покрывается жидкостью, любые ранее существовавшие воздействия стираются, как zamboni, заново покрывающий лед на катке. Точно так же любые удары в это время будут просто поглощены морем расплавленной лавы. Точно так же, как метеоры, падающие на океаны Земли, те, что упали в древние лавовые океаны Луны, не оставили шрамов!
Исследование показало, что простое наличие горячей ранней Земли достаточно близко к Луне во время ее формирования - «просто добавление этого одностороннего источника тепла» - может создать разницу в толщине земной коры, а также и химические различия между двумя сторонами.
Эти шесть ортогональных изображений показывают сочетание ближней и дальней сторон Луны с интервалом вращения 60 градусов, снятых с помощью широкоугольной камеры миссии NASA Lunar Reconnaissance Orbiter. Все изображения центрированы по широте 0 градусов.
Наконец-то, после более чем полувекового размышления над тайной обратной стороны Луны, мы можем с уверенностью сказать не только о том, как образовалась Луна, но и почему два ее лика так различны! Мы знаем, что Луна сияет, отражая солнечный свет, но кто бы мог подумать, что это молодая Земля, ярко и жарко сияющая в лунном небе, сделает две стороны такими разными?
И тем не менее именно это объяснение работает. Независимо от того, насколько дикой или необычной может быть ваша идея, если она обладает достаточно сильной объяснительной силой, чтобы объяснить то, что мы наблюдаем, она может быть необходимой идеей для решения любой загадки, которую вы обдумываете. Это только часть чуда и радости науки, а также острых ощущений от раскрытия секретов нашей реальности!