Глава 03. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЗЕМЛИ И ЕЕ ДОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ (1119266), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Для разрушения твердого спутника необходимо, чтобы разность этих силпревысила предел прочности пород спутника на разрыв, так как только в этом случаеспутник теряет свою устойчивость и начинает разрушаться. Следовательно, дляразрушения твердого спутника он должен как бы погрузиться в полость Роша на туглубину, при которой притяжение со стороны центральной планеты превышаетсобственную силу тяжести спутника на величину, равную прочности его пород. Впротивоположность этому разрушение жидкого спутника путем перетекания его веществана планету, начинается, как только спутник переходит на орбиту, равную пределу Роша. Вастрофизике явления перетекания звездного вещества от меньшей по массе звезды к69бóльшей в тесных двойных звездных системах известны довольно широко (Физикакосмоса, 1986).На пределе Роша угловые скорости вращения планеты и ее спутника совпадают.Для Земли и Луны эта скорость приблизительно равнялась одному обороту за 6 ч.
ДляЛуны радиус сферы Роша вокруг Земли был примерно равен 17150 км и превышал радиуснашей планеты всего в 2,7 раза. Исходный радиус Протолуны составлял приблизительно2560 км, тогда как благодаря приливным деформациям на пределе Роша большая полуосьспутника вытягивалась в 1,5 раза, т.е. до 3840 км. Средний радиус Протоземли и тогдауже приблизительно равнялся радиусу современной Земли (6370 км), с учетом жебыстрого вращения Земли ее экваториальный радиус тогда достигал 6720 км. Отсюдаможно подсчитать, что в момент перехода Протолуны на орбиту предела Роша онанависала над земной поверхностью на высоте всего около … 6590 км (можно толькодогадываться, какое впечатление могло производить такое сближение планет!).Разрушение жидкой и расслоенной (прошедшей дифференциацию) Протолуны приее переходе на орбиту критического предела с последующим постепенным погружениемв сферу Роша должно было происходить за счет стекания расплавленного веществавнутреннего (обращенного к центральной планете) приливного вздутия в сторонуПротоземли.
Сорванное с поверхности Протолуны силикатное вещество в форменебольших застывших “брызг” – лапиллий и “вулканических” бомб – должно было поширокой спирали устремляться к центральной планете, формируя вокруг Протоземли (вее экваториальной плоскости) достаточно плотные кольца раздробленного метеоритногоматериала вроде современных колец Сатурна, также возникших за счет разрушенияодного из спутников Сатурна на пределе Роша (рис. 3.2).Рис.
3.2. Картина разрушения Протолуны на пределе Роша ЗемлиНа первых этапах разрушения Протолуны осколки ее внутреннего приливногогорба неизбежно должны были выпадать на поверхность Протоземли, непосредственнопередавая ей момент количества движения спутника. В дальнейшем выпадение осколковиз плотных метеоритных роев на Протоземлю, по-видимому, происходило уже подвлиянием возмущающего действия самого спутника на потоки осколочного вещества в70кольцах и процессов столкновения в них отдельных частиц. Это, в свою очередь, должнобыло приводить к турбулизации потоков осколочного вещества, к гашению кинетическойэнергии их движения и к выпадению осколков на поверхность центральной планеты.
Врезультате угловая скорость осевого вращения Протоземли повышалась, а скоростьпогружения остатков Протолуны в сферу Роша уменьшалась.Многие черты развития катастрофы Протолуны определялись скоростью еепогружения в сферу Роша. Изучение этого процесса и выполненные нами оценкипоказывают, что скорость сближения наших планет тогда была достаточно большой: заодин оборот Протолуны с периодом около 6 ч она погружалась в сферу Рошаприблизительно на 24–35 м, а за год – на 35–51 км.Как видно из приведенных оценок, сближение Протолуны с Протоземлейдействительно происходило стремительно.
При такой скорости погружения Протолуны всферу Роша даже расплавленное, но все-таки вязкое протолунное силикатное вещество извнутреннего приливного выступа спутника просто не успевало стекать с его поверхностив сторону Протоземли. В результате Протолуна в те трагические для нее времена, моглапогружаться в сферу Роша значительно глубже, чем это допускается теорией, неучитывающей конечную вязкость вещества разрушаемого спутника.Задача разрушения расслоенного спутника с маловязким (единицы пуаз), ноплотным (около 8 г/см3) ядром и более вязкой (порядка 1010 П), но легкой (около 3,3 г/см3)оболочкой при быстром его погружении в сферу Роша строго еще не решена.Качественное рассмотрение этой проблемы показывает, что ситуация, по-видимому,должна была резко измениться, как только приливное ускорение со стороны Протоземлипревысило ускорение силы тяжести на поверхности протолунного ядра.
После этогомомента, при быстром погружении спутника в сферу Роша, в бóльшей части его ядрадолжны были возникнуть значительные растягивающие напряжения. В таких условияхпосле преимущественного разрушения внутреннего приливного горба Протолуны моглопроизойти быстрое “выливание” маловязкого расплавленного железа из ее ядра на земнуюповерхность.Если катастрофический разрыв расплавленного железного ядра Протолуныдействительно произошел достаточно быстро и бóльшая часть его вещества вместе состатками внутреннего приливного вздутия устремилась к Земле, то внешний приливныйгорб, менее всего пострадавший от разрушения и почти лишенный остатков “ядерного”железа, должен был испытать инерционную отдачу и перейти на более удаленную орбиту,т.е.
покинуть опасную зону предела Роша.К этому времени, как показывают расчеты, благодаря выпадению на Протоземлюбóльшей части протолунного вещества ее масса возросла до массы современной Земли, аугловая скорость осевого вращения за счет приливных взаимодействий с Протолунойувеличилась до критического значения, равного угловой скорости орбитальногообращения спутника на пределе Роша (один оборот приблизительно за 6 ч.). Благодаряинерционной “отдаче” остатки Протолуны, которые теперь уже можно называть Луной,должны были перейти на орбиту с меньшей орбитальной скоростью ее обращения вокругЗемли. В результате после этого приливные взаимодействия планет поменяли свой знак напротивоположный и молодая Луна начала отодвигаться от Земли, что и спасло ее отокончательного разрушения, а собственное осевое вращение Земля стало тормозиться(продолжается этот процесс и сейчас).Начиная с этого момента можно говорить об образовании на околоземной орбитенастоящей Луны – вечного и верного спутника нашей планеты.
Но образовалась онаоколо 4,6 млрд лет назад ценой разрушения более крупной материнской планеты –Протолуны, захваченной несколько ранее гравитационным полем растущей Земли ссоседней близкой орбиты.713.3. Природа осевого вращения планет и происхождение метеоритовРассмотрим теперь, насколько уникальна судьба системы Земля–Луна посравнению с другими планетами. Не является ли механизм возникновения этой парыпланета – спутник более универсальным, приемлемым для всех планет, вращающихся впрямом направлении и обладающих собственными спутниковыми системами? Такиевопросы вполне правомерны, поскольку при формировании планет лишь за счет прямоговыпадения на них планетезималей, движущихся по кеплеровским круговымгелиоцентрическим орбитам, может возникнуть только обратное вращение планет, т.е.
втом же направлении, в котором вращается лишенная спутников Венера. Напомним, чтопри взгляде на эклиптику (т.е. на плоскость вращения планет вокруг Солнца) со стороныПолярной звезды все планеты обращаются вокруг Солнца против часовой стрелки, приэтом собственное вращение планет считается прямым, если они как бы “катятся” по своиморбитам вокруг Солнца, т.е. если их осевое вращение также происходит против часовойстрелки. Гравитационный же захват спутников с соседних (близких) круговых орбит, какправило, происходит только в прямом направлении (Альвен, Аррениус, 1979), и,следовательно, их приливные взаимодействия с центральной планетой должныраскручивать ее также только в прямом направлении.
Об этом же говорят и результатыматематического моделирования самого процесса захвата планетой вещества изнеоднородного (гетерогенного) протопланетного диска (Ohtsuki, Ida, 1998).В последние годы стала модной гипотеза так называемых мегаимпактов, согласнокоторой планеты приобретают осевое вращение за счет соударений с ними по касательнойдругих планет меньшей массы, после чего центральная планета раскручивается, а планета“снаряд” либо полностью с ней сливается, либо ее остаток превращается в спутник. Приэтом, правда, остается не совсем ясно, почему все-таки большинство планет Солнечнойсистемы приобрело прямое вращение: ведь при таком механизме “раскручивания” планетравновероятны удары и с той и другой стороны.
Кроме того, с точки зрения этой гипотезынепонятно, почему практически все незаторможенные приливами планеты обладаютугловыми скоростями осевого вращения, близко совпадающими с угловыми скоростямиорбитального вращения спутников на их пределах Роша (рис. 3.3). Ведь примегаимпактном механизме “раскрутки” планет скорости их осевого вращения должныбыли бы распределяться по законам статистики, т.е. наряду с прямо и быстровращающимися планетами существовали бы обратно раскрученные и медленновращающиеся планеты, во всяком случае скорости их осевого вращения так дружно несовпадали бы со скоростями обращения спутников на пределах Роша (из рассмотренияследует исключить Меркурий и Венеру, поскольку их осевые вращения сильнозаторможены приливами со стороны Солнца).Учитывая сказанное и очевидную несостоятельность мегаимпактной гипотезы,попытаемся придать нашей модели становления системы Земля–Луна болееуниверсальный характер и предположить, что помимо Земли и другие вращающиеся впрямом направлении планеты были раскручены захваченными ими с ближайших орбитспутниками.
В этом случае при захвате спутника его угловая скорость орбитальногообращения в прямом направлении всегда оказывается большей, чем начальная угловаяскорость осевого вращения планеты, приобретенной ею еще в процессе своегообразования за счет выпадения на ее поверхность планетезималей. В результате благодаряприливным взаимодействиям такие спутники должны были последовательноприближаться к своим центральным планетам, разрушаться там на пределах Роша ивыпадать на поверхность планет, передавая им свои орбитальные моменты количествадвижения и тем самым раскручивая их. Такие процессы, естественно, могли развиватьсятолько до момента достижения центральной планетой предельной (критической) угловойскорости собственного вращения, определяемой скоростью обращения спутника напределе Роша.
Если в дальнейшем такие планеты не испытывали существенного72приливного торможения со стороны еще оставшихся на орбитах спутников, то их угловыескорости осевого вращения должны были и далее оставаться близкими к критическимзначениям. Если же такое приливное торможение было достаточно сильным, как,например, в системе Земля – Луна, то его всегда возможно учесть и без особого трудавосстановить исходные значения угловых скоростей вращения планет в моментобразования их системы.Пользуясь законами механики, можно рассчитать теоретическую зависимостьудельного момента количества вращения А планет от массы для случая их раскручиванияс предельной скоростью, определяемой обращением спутников на пределе Роша:A = J ⋅ Re2 ⋅ Ω ,(3.6)где J – безразмерный момент инерции планеты; Re – ее экваториальный радиус; Ω –угловая скорость собственного осевого вращения планеты.Зависимость (3.6) была построена для планет Солнечной системы, самойСолнечной системы и быстровращающихся массивных звезд (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
