Столкновение земли с протопланетой тейя
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 :
|
| |||||||||||||||||||||||||||||
Космические просторы в представлении художника
©NASA
Одной из гипотетических планет был в свое время и Нептун: его существование предсказывали астрономы, хотя долгое время он оставался невидимым для телескопов. Многие гипотезы были опровергнуты, другие все еще ждут своего подтверждения.
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.
©NASA
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.
©listverse.com
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
©NASA
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.
Столкновение Земли с гипотетической планетой Тейей, вероятно, образовало Луну совсем не так, как полагали раньше: мощнейший удар испарил большую часть твёрдых пород нашей планеты, резко раздув её в размерах, и именно из внешних слоёв этого пара возник наш естественный спутник.
Американские учёные разработали новую методику определения концентрации изотопов калия и на её основе создали экзотическую теорию образования Луны, ранее никогда не рассматривавшуюся научным сообществом. Соответствующая статья опубликована в журнале Nature.
C 1970-х годов принято считать, что Луна образовалась, когда 4,5 миллиарда лет назад гипотетическая планета размером с Марс (Тейя) ударила в прото-Землю. Однако последние 15 лет ряд данных плохо стыкуется с этой идеей. Почти любая модель такого столкновения показывает, что Луна не менее чем на 60 процентов должна образоваться из Тейи. Но анализ состава лунного грунта — как советского, так и американского — указал на то, что там то же соотношение изотопов кислорода, что и на Земле. Известно также, что химический состав планет, образовавшихся в разных регионах Солнечной системы, должен различаться. Американские марсоходы фиксируют, что изотопный состав для Марса совсем не такой, как для Земли.
Общепринятая модель формирования Луны.
Чтобы объяснить это противоречие, в 2015 году была предложена новая модель, согласно которой столкновение тел было "лобовым" и настолько мощным, что основная часть обеих планет от нагрева испарилась. Горные породы стали газом, однако его температура была так высока, что вместо силикатной атмосферы над ядром планеты возник сплошной покров силикатной сверхкритической жидкости. Так называют состояние вещества, когда температура и давление в нём выше критической точки. Из-за этого ему одновременно присущи свойства как газа, так и жидкости. Например, сверхкритическая жидкость легко проникает сквозь препятствия как газ, но при этом растворяет твёрдые тела, как жидкость.
В такой среде материя Тейи и прото-Земли могла быстро смешаться и стать химически однородной за короткое время. У гипотезы было два основных недостатка. Во-первых, если это было так, её, на первый взгляд, было невозможно ни опровергнуть, ни убедительно доказать. Ведь состав Земли и Луны тогда был бы одинаковым. Во-вторых, сценарий получался слишком экзотическим. Он требовал испарения основной части нашей планеты после удара и её увеличения в объёме в 500 раз. Диаметр планеты тогда мог достигать 100 000 километров (почти как у Сатурна). Это примерно в восемь раз больше, чем сегодня, и больше похоже на газовую планету-гиганта, чем на известную нам Землю.
Однако теперь учёные из США, создав более точный метод анализа для изотопов калия, установили, что в лунных породах калия-41 чуть больше, чем в земных (на 4 десятитысячных доли). Единственный сценарий, который может корректно объяснить такое различие, — разная скорость конденсации калия-41 из облака горячего пара. Внешние слои вздувшейся после удара прото-Земли оказались бы в десятках тысячах километров от её центра и начали охлаждаться раньше. По мере остывания более тяжёлый калий-41 осаждался во внешних слоях интенсивнее, чем во внутренних. Поскольку внешние слои позже стали Луной, а внутренние стали нынешней Землёй, на спутнике калия-41 естественным образом оказалось чуть больше, чем на нашей планете.
Если бы этот процесс шёл в вакууме, он дал бы большую разницу по концентрации калия-41. Поскольку различия всё же довольно малы, расчёты показывают, что конденсация калия-41 в веществе будущей Луны шла при давлении в 10 атмосфер. Это довольно большая величина, которая указывает на то, что гипотеза испарения прото-Земли после столкновения с Тейей, скорее всего, верна. Как ни трудно было бы это себе представить сегодня, в районе формирования будущей Луны существовала сверхкритическая жидкость из испарившихся твёрдых пород нашей планеты. Со временем она постепенно кристаллизировалась в породы современной Луны. А остальные "излишки" вещества осели обратно на нашу планету, образовав её внешние слои.
Недавно астрофизики при помощи космического телескопа Kepler совершили очередное любопытное открытие. Исследуя звездную систему KOI-730, они обнаружили, что две из четырех ее планет имеют общую орбиту. Ученые полагают, что когда-то аналогичный феномен наблюдался и в Солнечной системе. Речь идет о гипотетическом "двойнике" Земли — Тейе.
Планетолог Джек Лиссауер из Исследовательского центра Эймса и его коллеги-астрофизики подсчитали, что дистанция между планетами-"соседями", имеющими общую орбиту, составляет 60 градусов, а оборот вокруг своей звезды солнечного типа они делают за 9,8 дня. Если смотреть на одну из планет с позиции другой, то она видна в небе как яркое светило. При этом свечение его стабильно: оно никогда не разгорается и не становится более тусклым.
Такая ситуация сложилась благодаря "точкам Лагранжа", называемым также точками либрации (в переводе с латинского это означает буквально "раскачивание"). Это точки, лежащие в плоскости орбит двух массивных тел, в которых может находиться третий объект с пренебрежительно малой массой, при этом на него не действуют никакие другие силы, кроме гравитационного воздействия со стороны этих двух тел большой массы. Гравитация уравновешивается центробежной силой, что позволяет данному объекту оставаться неподвижным относительно массивных тел. Явление открыл в 1772 году математик Жозеф Луи Лагранж.
В астрономии точки Лагранжа обозначаются заглавной латинской буквой L, к которой добавляется числовой индекс от одного до пяти. В таких точках удобно размещать искусственные космические объекты, так как ближайшие крупные небесные тела будут находиться по отношению к ним всегда в одной и той же позиции. Сейчас в различных точках Лагранжа Солнечной системы находится несколько космических аппаратов, в том числе астрофизических обсерваторий.
В нашей системе в "точках Лагранжа" можно обнаружить лишь мелкие космические объекты вроде астероидов. Однако находка, сделанная в системе KOI-730, служит косвенным подтверждением ударной теории образования Луны, или теории "Большого Всплеска", выдвинутой в 1975 году американскими астрофизиками Элом Камероном, Уильямом Вардом, Уильямом Хартманном и Дональдом Дэвисом.
Согласно ей, на заре формирования Солнечной системы (примерно 4,6 миллиарда лет назад) произошло столкновение между Землей и планетой Тейя. Это гипотетическое небесное тело размером с Марс было названо современными астрофизиками в честь мифологического персонажа Тейи — одной из сестер-титанид, матери Гелиоса, Эос и Селены (богини Луны). Предположительно Тейя находилась в точке Лагранжа L4, расположенной на орбите Земли. Затем под влиянием гравитационных сил Земли и Солнца она перешла на хаотическую орбиту и, приблизившись к Земле, буквально врезалась в нее. Произошел взрыв, после которого Тейя разлетелась на осколки. Из них и образовался позднее спутник Земли — Луна.
Этот процесс удалось смоделировать на компьютере Ричарду Готту и Эдварду Белбрано из Университета Принстона. Они пришли к выводу, что Тейя сформировалась точно на том же расстоянии от Солнца, что и Земля, а столкновение произошло на относительно низкой скорости и несколько по касательной, так что наша планета не слишком пострадала. Кстати, первоначально Луна была в 20 раз ближе к Земле, чем теперь, считают исследователи.
В пользу такого поворота событий говорят многие факты. Во-первых, ни одна из планет Солнечной системы, за исключением Плутона, не имеет такого большого по массе спутника, как Луна. Во-вторых, Луна обладает гораздо меньшей гравитацией, чем Земля, и в ее составе значительно меньше железа, чем, по идее, должно было быть. В-третьих, изотопный состав кислорода у Земли и Луны весьма сходен.
Ричард Готт и Эдвард Белбрано также убеждены, что формирование Луны имело решающее значение для развития жизни на Земле. Ведь гравитация Луны (так называемые лунные приливы) сглаживает колебания земной оси, стабилизируя земной климат, делая его более благоприятным для живых организмов.
Ученые полагают, что в нашей Галактике есть и другие планетарные системы с планетами земного типа, имеющими большие луны. Именно там есть шансы найти жизнь, возможно, и разумную.
Наука
Планета Нептун раньше относилась также к разряду гипотетических, её никогда не видели, но её существование предположили.
На самом деле учёные предполагали и предполагают существование большего количества планет.
Некоторые с течением времени покидают этот список, другие, возможно, на самом деле существовали в прошлом, и вероятно, даже существуют и сейчас.
10. Планета Х
В начале 1800-х годов астрономы знали о существовании всех больших планет в нашей солнечной системе, кроме Нептуна. Они также были знакомы с законами движения Ньютона и с гравитацией, которые использовались для предсказания перемещения планет.
При соотнесении этих предсказаний с фактическим наблюдаемым движением было замечено, что Уран "не пошёл" туда, куда предполагалось. Тогда французский астроном Алексис Бувар (Alexis Bouvard) задался вопросом, могла ли гравитация невидимой планеты сдвинуть Уран с намеченного курса.
После обнаружения Нептуна в 1846 году многие астрономы решили проверить, достаточно ли его сила притяжения мощна для того, чтобы объяснить наблюдаемое движение Урана. Ответ оказался отрицательным.
Возможно, существует ещё одна невидимая планета? Существование девятой планеты было предложено многими астрономами. Самым дотошным искателем девятой планеты был американский астроном Персиваль Лоуэлл (Percival Lowell), который назвал разыскиваемый объект "Планета Х".
Лоуэлл построил обсерваторию с целью найти Планету Х, но так никогда и нашёл. Спустя 14 лет после его смерти, астрономы обнаружили Плутон, но его сила притяжения также не была достаточно мощной, чтобы объяснить наблюдаемое движение Урана, поэтому научный мир продолжал искать планету Х.
Поиски продолжались до тех пор, пока зонд Вояджер-2 не прошёл мимо Нептуна в 1989 году. Тогда-то и было обнаружено, что масса Нептуна была измерена неверно. Обновлённые расчёты массы объяснили движение Урана.
Неизвестная планета
9. Планета между Марсом и Юпитером
В 16 веке Иоганн Кеплер (Johannes Kepler) заметил существование огромной пропасти между орбитами Марса и Юпитера. Он предположил, что там может быть планета , но не стал её искать.
После Кеплера многие астрономы стали замечать закономерности в орбите планет. Приблизительные размеры орбит от Меркурия до Сатурна - 4, 7, 10, 16, 52, 100. Если вычесть 4 от каждого из этих чисел, то получается – 0, 3, 6, 12, 48 и 96.
Примечательно, что 6 =3+3, 12=6+6, 96=48+48. Между 12 и 48 остаётся странная пустота.
Астрономы озадачились вопросом, а не пропустили ли они планету, которая, по подсчётам, должна располагаться между Марсом и Юпитером. Как писал немецкий астроном Элерт Бодэ (Elert Bode): "После Марса обнаружено огромное пространство, в котором до сих пор не было выявлено ни одной планеты. Можно ли верить, что основатель Вселенной оставил это пространство пустым? Конечно, нет".
Когда в 1781 году был открыт Уран, размер его орбиты чётко вписался в описанную выше закономерность. Это выглядело как закон природы, который позже стал известен как закон Бодэ или закон Тициуса-Бодэ, однако, пресловутый разрыв между Марсом Юпитером всё равно оставался.
Элерт Бодэ
Венгерский астроном по имени Барон Франц фон Зак (Baron Franz von Zach) также убедился в том, что закон Боде работает, а это значит, что между Марсом и Юпитером существует неоткрытая планета.
Он провёл несколько лет в поисках, но так ничего и не нашёл. В 1800 году он организовал группу из нескольких астрономов, которые систематически занимались исследованиями. Одним из них был итальянский католический священник Джузеппе Пиацци (Giuseppe Piazzi), который в 1801 году обнаружил объект, орбита которого точно совпадала по размерам .
Однако, объект, названный Церера , оказался слишком мал, чтобы называться планетой. На самом деле Церера считался астероидом на протяжении многих лет, потому как он был крупнейшим в главном поясе астероидов.
Сегодня Церера относится к карликовым планетам, как и Плутон. Стоит добавить, что закон Боде перестал работать, когда был найден Нептун, потому что размер его орбиты не соответствовал принятому шаблону.
Галактика: неизвестные планеты
8. Тейя
Тейя – это имя, данное гипотетической, размером с Марс планете, которая, вероятно, столкнулась с Землёй около 4,4 миллиардов лет назад, что могло привести к образованию Луны. Предполагается, что имя планете дал английский геохимик Алекс Хэллидей (Alex Halliday). Так звали мифологического греческого титана, который подарил жизнь богине луны Селене.
Стоит отметить, что происхождение и формирование Луны до сих пор является предметом активного научного обсуждения. В то время, как вышеописанная история является основной версией (Giant Impact Hypothesis), она не единственная.
Возможно, Луна была каким-то образом "захвачена" гравитационным полем Земли . А может быть Земля и Луна сформировались парно примерно в одно и то же время. Важно добавить, что Земля в самом начале своего образования, вероятно, пострадала от столкновения со многими крупными небесными телами.
7. Вулкан
Уран был не единственной планетой, чьё наблюдаемое движение не совпадало с прогнозами. Ещё одна планета обладала такой проблемой – Меркурий.
Расхождение впервые было обнаружено математиком Урбаном Леверье (Urbain Le Verrier), который выявил, что нижняя точка в эллиптической орбите Меркурия (перигелий) двигалась вокруг Солнца быстрее, чем показывали его расчёты.
Несоответствие было незначительным, но дополнительные наблюдения показали, что математик прав. Он предположил, что расхождения вызваны гравитационным полем неоткрытой планеты, вращающейся внутри орбиты Меркурия , которую он назвал Вулкан.
Урбан Леверье
За этим последовали многочисленные "наблюдения" за Вулканом. Некоторые результаты наблюдений оказались просто солнечными пятнами, однако, были и другие, сделанные уважаемыми астрономами и казавшиеся правдоподобными.
Когда в 1877 году Леверье умер, он считал, что существование Вулкана подтверждено . Тем не менее, в 1915 году была опубликована общая теория относительности Эйнштейна, и оказалось, что движение Меркурия предсказывалось верно.
Вулкан исчез, но люди продолжали искать объекты, вращающиеся вокруг Солнца внутри орбиты Меркурия. Безусловно, ничего "планетоподобного" там нет, но там вполне могут «обитать» размером с астероид объекты, которые были названы "вулканоидами".
6. Фаетон
Немецкий астроном и врач Генрих Ольберс (Heinrich Olbers) обнаружил второй известный астероид под названием Паллас в 1802 году. Он предположил, что два найденных астероида могут быть фрагментами древней планеты, которая была разрушена под воздействием каких-то внутренних сил или при столкновении с кометой.
Подразумевалось, что помимо Цереры и Палласа существуют ещё объекты, и действительно, вскоре были обнаружены ещё два – Юнона в 1804 году и Веста в 1807 году.
Планета, которая якобы распалась с образованием главного пояса астероидов, стала известной как Фаетон, названная в честь персонажа греческой мифологии, везшего солнечную колесницу.
Однако, гипотеза о Фаетоне столкнулась с проблемами. К примеру, сумма масс всех астероидов главного пояса намного меньше, чем масса планеты. Кроме того, между астероидами существует очень много отличий. Как они могли произойти от одного "родителя"?
Сегодня большинство планетарных учёных полагают, что астероиды образуются из-за постепенного слипания между собой небольших фрагментов.
Неизвестное в космосе
5. Планета V
Это ещё одна гипотетическая планета между Марсом и Юпитером, но причины, по которым полагается, что она когда-то существовала, совершенно отличаются от вышеуказанных.
История начинается с миссии Аполлон на Луну. Астронавты Apollo принесли много лунных камней на Землю, некоторые из которых образовались в результате плавления горных пород в тот период, когда нечто наподобие астероида столкнулось с Луной и генерировало достаточное количество тепла, чтобы расплавить камень.
Учёные использовали радиометрическое датирование, чтобы выявить, когда эти породы охладились. Они пришли к выводу, что наиболее холодный период – это примерно 3,8 – 4 миллиарда лет назад.
Судя по всему, в течение этого периода времени с Луной сталкивались многие кометы и астероиды. Этот период известен как "Поздняя Тяжёлая Бомбардировка"(ПТБ). "Поздняя" из-за того, что случилась после большинства других.
Раньше столкновения в Солнечной системе происходили с завидной регулярностью, но сейчас время прошло. В связи с этим возникает вопрос: что случилось с временно увеличившимся количеством астероидов, столкнувшихся с Луной?
Около 10 лет назад Джон Чемберс (John Chambers) и Джек Лиссаер (Jack J. Lissauer) предположили, что причиной, возможно, была давно потерянная планета, которую они назвали "Планета V".
Согласно их теории, Планета V находилась между орбитой Марса и главным поясом астероидов перед тем, как гравитация внутренних планет заставила Планету V "съехать" в пояс астероидов, где она сбила траектории многих из них, что, в конечном счёте, привело к их столкновению с Луной.
Также полагается, что Планета V столкнулась с Солнцем . Эта гипотеза была встречена критикой, потому как не все согласны с тем, что ПТБ имело место быть, но даже если и так, то должны быть и другие возможные объяснения, кроме как наличие Планеты V.
4. Пятый газовый гигант
Ещё одно объяснение ПТБ – это так называемая Ницца – модель, названная в честь французского города, где впервые была разработана. Согласно этой модели, Сатурн, Уран и Нептун – внешние газовые гиганты – зародились на небольших орбитах, окружённых облаком астероидных размеров объектов.
Со временем некоторые из этих мелких объектов проходили рядом с газовыми гигантами. Такие близкие встречи способствовали расширению орбит газовых гигантов, хотя и очень медленными темпами.
Орбита Юпитера в действительности стала меньше. В какой-то момент орбиты Юпитера и Сатурна вступили в резонанс, в результате чего Юпитер стал оборачиваться вокруг Солнца дважды, в то время как Сатурн успевал только один раз. Это вызвало хаос.
По стандартам Солнечной системы всё происходило очень быстро. Почти круговые орбиты Юпитера и Сатурна напряглись, и Сатурн, Уран и Нептун несколько раз столкнулись. Облако мелких объектов также было взбудоражено.
В совокупности это привело к ПТБ . После того, как всё прошло, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун "обзавелись" орбитами, которыми они обладают и по сей день.
По этой модели можно сказать и о других особенностях Солнечной системы, таких как троянские астероиды Юпитера, однако, оригинальная модель не объясняет всё. Она нуждается в модификации.
