Астрономы ищут объяснение отклонению лунной орбиты

Странное отклонение орбиты Луны от плоскости земного экватора объяснили сильным ударом и скачкообразными колебаниями ее движения.

Орбиты почти всех планет Солнечной системы лежат в плоскости эклиптики, где находится и экватор самого Солнца. Эта картина логична, ведь и Солнце, и его планеты образовались из общего протопланетного облака, вращавшегося в определенном направлении. Заметные отклонения (около 7°) демонстрирует разве что Меркурий, крошечный и находящийся под самым боком у звезды. Однако особенно странной выглядит на этом фоне Луна, орбита которой отклонена от плоскости эклиптики на целых 5°. Другой странностью нашего естественного спутника можно назвать диаметр его орбиты, исключительно большой для планеты земных размеров и спутника размеров Луны.

Сегодня считается, что она появилась в результате столкновения тогда еще совсем молодой Земли с неизвестным небесным телом размерами почти с Марс – гипотетической Тейей. Удар поднял огромные количества вещества, часть которого оказалась на околоземной орбите и постепенно сформировала кольцо, а затем спутник, который понемногу мигрировал все дальше от планеты. Исследования последних лет заставляют серьезно уточнять эту гипотезу.

Например, обнаружилось, что изотопный состав Земли и Луны практически идентичен, хотя по первоначальным сценариям предполагалось, что она сформировалась в основном из вещества Тейи и должна отличаться от планеты. Теперь предполагается, что удар был невероятно силен и не только вызвал почти полное испарение вещества Тейи, но и расплавил всю мантию Земли, основательно перемешав то и другое. Столкновение быстро раскрутило планету, которая стала делать оборот вокруг оси за 2–3 часа и лишь постепенно, в результате стабилизирующих гравитационных воздействий Солнца и появившейся Луны, замедлилась до нынешних 24 часов.

Однако все это никак не объясняет заметного отклонения орбиты спутника от эклиптики. Кольцо выброшенного материала, а впоследствии и спутник должны были получить то же вращение, что и Земля, а затем разве что корректировать его. Новое объяснение этой загадке предложили Сара Стюарт (Sarah Stewart) из Мэрилендского университета и ее коллеги, работу которых публикует журнал Nature. «Что особенно хорошо в этой новой модели, так это то, что она дает нам правильные характеристики Луны, и состава, и орбиты, всего одним шагом, – поясняет Стюарт. – Нам не требуется сложной последовательности совпадений, чтобы получить нужные параметры».

В сценарии, который описывают Стюарт и ее соавторы, удар Тейи раскручивает и расплавляет Землю исключительно сильно. Под действием центробежных сил планета буквально сплющивается, становясь в плоскости экватора почти вдвое больше, чем в плоскости полюсов. При этом ось ее вращения резко смещается, наклоняясь к плоскости эклиптики на 60–80° вместо нынешних 23,5°. Тем временем из выброшенных на орбиту обломков и пыли образуется Луна, орбита которой лежит в этой новой наклоненной плоскости земной орбиты.

Однако, мигрируя все дальше от планеты, спутник оказывается в положении, когда гравитация Солнца влияет на его движение уже сильнее, чем притяжение Земли. Вращение планеты и спутника замедляется, а земная ось возвращается ближе к первоначальному положению и приобретает нынешнее отклонение от эклиптики. Плоскость лунной орбиты оказывается под заметным углом – 30°, однако, испытывая влияние и Солнца, и Земли, она колеблется резкими и уменьшающимися скачками, понемногу вновь приходя в соответствие с экваториальной плоскостью Земли. К настоящему моменту отклонение уменьшилось до 5°, и, если Стюарт и ее коллеги правы, эта цифра будет уменьшаться и впредь.