1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Астрономический журнал
  4. T. 100, № 11, 2023

Астрономический журнал, 2023, T. 100, № 11, стр. 1103-1118

Гравитационный захват как возможный сценарий происхождения Луны

А. В. Тутуков 1, *, Г. Н. Дремова 2, **, В. В. Дремов 2, ***

1 Институт астрономии Российской академии наук
Москва, Россия

2 Российский федеральный ядерный центр
Снежинск, Челябинская область, Россия

* E-mail: atutukov@inasan.rssi.ru
** E-mail: G.N.Dryomova@mail.ru
*** E-mail: V.V.Dryomov@vniitf.ru

Поступила в редакцию 15.06.2023
После доработки 31.07.2023
Принята к публикации 28.08.2023

Аннотация

Статья посвящена проблеме происхождения Луны. Обсуждаются современные сценарии формирования системы Земля–Луна: одновременное образование Земли и Луны в околосолнечном газопылевом диске; ударное частичное разрушение Земли массивным астероидом; гравитационный захват Луны Землей; разрушение вначале двойной Луны при сближении с Землей с возможным последующим поглощением Землей компонента меньшей массы. Мы предлагаем двухстадийный сценарий гравитационного захвата Луны Землей на ранних стадиях Солнечной системы. На первой стадии, использующей гибридную численную модель в постановках задачи трех тел (Солнце, Земля и Луна) и $N$-тел, производится поиск и отбор врéменных орбит Луны вокруг Земли. Используя метод обратного интегрирования в постановке задачи $N$-тел, оценивается влияние приливных сил на перекачку орбитального момента Луны ($P_{{{\text{orb}}}}^{M}$) относительно Земли в ее собственный момент $P_{s}^{M}$. Как показывает моделирование, действия одних приливных сил не достаточно для захвата Луны Землей в короткой шкале времени $ \sim 100$ лет ($\Delta P_{s}^{M} \sim {{10}^{{ - 6}}}P_{{{\text{orb}}}}^{M}$). На второй стадии учитывается фактор вязко-диссипативной среды, приводящей к дополнительному “притормаживанию” Луны, за счет, например, столкновений с астероидами и перехода приливной энергии в тепло, что помогает Луне избавиться от избытка кинетической энергии и обрести постоянную орбиту вокруг Земли.

Ключевые слова: происхождение Луны, гипотезы, моделирование, задача трех тел

Список литературы

  1. A. V. Tutukov, Soviet Astron. 31, 663 (1987).

  2. М. Маров, Космос от солнечной системы вглубь Вселенной (М.: Физматлит, 2016).

  3. М. Я. Маров, И. И. Шевченко, Успехи физ. наук 190 (9), 897 (2020).

  4. M. Reggiani, M. R. Meyer, G. Chauvin, A. Vigan, et al., Astron. and Astrophys. 586, id. A147 (2016).

  5. C. Clanton and B. S. Gaudi, Astrophys. J. 834 (1), id. 46 (2017).

  6. A. В. Тутуков, Г. Н. Дремова, В. В. Дремов, Астрон. журн. 97 (11), 939 (2020).

  7. B. J. Fulton, L. J. Rosenthal, L. A. Hirsch, H. Isaacson, et al., Astrophys. J. Suppl. 255 (1), id. 14 (2021).

  8. E. Kruse, E. Agol, R. Luger, and D. Foreman-Mackey, Astrophys. J. Suppl. 244 (1), id. 11 (2019).

  9. M. G. MacDonald, R. I. Dawson, S. J. Morrison, E. J. Lee, and A. Khandelwal, Astrophys. J. 891 (1), id. 20 (2020).

  10. А. Масевич, А. Тутуков, Эволюция звезд: теория и наблюдения (М.: Наука, 1988).

  11. K. Baka and E. Schlawin, arXiv:2111.12688 [astro-ph.EP] (2021).

  12. T. Stolker, S. Y. Hafferts, A. Y. Kesseli, R. J. van Holstein, et al., Astron. J. 162 (6), id. 286 (2021).

  13. V. Dobos, S. Charnoz, A. Pal, A. Roque-Bernard, and G. M. Szabó, Publ. Astron. Soc. Pacific 133 (1027), id. 094401 (2021).

  14. А. В. Тутуков, А. В. Федорова, Астрон. журн. 88 (5), 419 (2011).

  15. G. H. Darwin, Philosoph. Transactions Roy. Soc. London. 171, 713 (1880).

  16. G. H. Darwin, Nature 34, 287 (1886).

  17. G. Birkhoff, D. P. MacDougall, E. M. Pugh, and G. Taylor, J. Appl. Phys. 19, 563 (1948).

  18. W. K. Hartmann and D. R. Davis, Icarus 24 (4), 504 (1975).

  19. W. Benz, W. L. Slattery, and A. G. W. Cameron, Icarus 66 (3), 515 (1986).

  20. R. M. Canup and E. Asphaug, Nature 412 (6848), 708 (2001).

  21. H. Alfvén and G. Arrhenius, Moon 5 (1–2), 210 (1972).

  22. R. M. Canup, in: 50th Lunar and Planetary Science Conference, held 18–22 March, 2019 at The Woodlands, Texas; LPI Contribution № 2132, id. 2044 (2019).

  23. E. M. Galimov and A. M. Krivtsov, Origin of the Moon. New Concept: Geochemistry and Dynamics (Berlin: De Gruyter, 2012).

  24. N. Dauphas, C. Burkhardt, P. Warren, and F.-Z. Teng, Philosoph. Transactions Roy. Soc. A372, id. 2013.0244 (2014).

  25. R. M. Canup, K. Righter, N. Dauphas, K. Pahlevan, et al., arXiv:2103.02045 [astro-ph.EP] (2021).

  26. Т. Си, Новые Идеи в Астрономии (непериод. изд‑е), Сб. 3, 19 (1914).

  27. M. $\dot {C}$uk and S. T. Stewart, Science 338 (6110), 1047 (2012).

  28. S. J. Lock, S. T. Stewart, M. I. Petaev, S. B. Jacobsen, in: 50th Lunar and Planetary Science Conference, held 18–22 March, 2019 at The Woodlands, Texas; LPI Contribution № 2132, id. 1784 (2019).

  29. K. Pahlevan and D. J. Stevenson, Earth and Planet. Sci. Lett. 262 (3–4), 438 (2007).

  30. S. J. Lock, S. T. Stewart, M. I. Petaev, Z. Leinhardt, M. T. Mace, S. B. Jacobsen, and M. M. ${{\dot {C}}}$uk, J. Geophys. Res. Planets 123 (4), 910 (2018).

  31. Е. Л. Рускол, Астрон. журн. 37, 690 (1960).

  32. О. Ю. Шмидт, Четыре лекции о теории происхождения Земли, 2-е изд-е (М.: Изд-во АН СССР, 1949).

  33. А. В. Витязев, Г. В. Печерникова, В. С. Сафронов, Планеты земной группы. Происхождение и ранняя эволюция (М.: Наука: Физматлит, 1990).

  34. V. V. Svetsov, G. V. Pechernikova, A. V. Vityazev, in: 43rd Lunar and Planetary Science Conference, held March 19–23, 2012 at The Woodlands, Texas; LPI Contribution № 1659, id. 1808 (2012).

  35. Г. В. Печерникова, Е. Л. Рускол, в сб.: Жизнь и Вселенная, под ред. В. Н. Обридко и М. В. Рагульской (М.: Изд-во ВВМ, 2017).

  36. V. S. Safronov, G. V. Pechernikova, E. L. Ruskol, and A. V. Vityazev, Protosatellite swarms, Satellites, edited by J. A. Burns and M. S. Matthews (Tuscon: Univ. of Arizona Press, 1986).

  37. A. A. Boyarchuk, E. L. Ruscol, V. S. Safronov, and A. M. Frid-man, Doklady Physics 43 (8), 505 (1998).

  38. R. Rufu, O. Aharonson, and H. B. Perets, Nature Geoscience 10 (2), 89 (2017)

  39. R. I. Citron, H. B. Perets, and O. Aharonson, Astrophys. J. 862 (1), id. 5 (2018).

  40. A. S. Murachev, D. V. Tsvetkov, E. M. Galimov, A. M. Kriv-tsov, in: Advances in Mechanics of Microstructured Media and Structures, edited by F. dell’Isola, V. Eremeyev, and A. Porubov, Part of the book series: Advanced Structured Materials (STRUCTMAT) 87, 251 (2018).

  41. S. I. Ipatov, in: Origins: From the Protosun to the First Steps of Life, Proc. of the IAU 345, 148 (2020).

  42. H. Jeffreys, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 78, 116 (1917).

  43. F. Adams and K. Napier, Astrobiology 22 (12), 1429 (2022).

  44. Sung-Ho Na, J. Korean Astron. Soc. 45 (2), 49 (2012).

  45. C. de la Fuente Marcos and R. de la Fuente Marcos, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 494, 1089 (2020).

  46. M.-T. Hui, P. A. Weigert, D. J. Tholen, and D. Fohring, Astrophys. J. Letters 922 (2), id. L25 (2021).

  47. G. Fedorets, M. Micheli, R. Jedicke, S. Naidu, et al., Astron. J. 160 (6), id. 277 (2020).

  48. E. Schmutzer, Astron. Nachricht. 326 (8), 760 (2005).

  49. M. Krizek, V. G. Gueorguiev, A. Maeder, Gravitation and Cosmology 28 (2), 122 (2022).

  50. E. C. Ostriker, Astrophys. J. 513 (1), 252 (1999).

  51. J. B. Pollack, O. Hubickyj, P. Bodenheimer, J. J. Lissauer, M. Podolak, and Y. Greenzweig, Icarus 124 (1), 62 (1996).

  52. I. Kant, Allgemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels (1755).

  53. P. S. Laplace, Exposition du Systéme du Monde (1796).

  54. H. Alfvén, Physical Studies of Minor Planets, Proc. of IAU Colloq. 12, held in Tucson, AZ, March, 1971; edited by T. Gehrels; National Aeronautics and Space Administration SP 267, 1971, p. 315.

  55. N. Gorkavyi and T. Taidakova, Astron. Letters 21 (6), 846 (1995).

  56. S. Ida, R. M. Canup, and G. R. Steward, Nature 389 (6649), 353 (1997).

  57. E. Kokubo, S. Ida, and J. Makino, Icarus 148 (2), 419 (2000).

  58. R. Hyodo, K. Ohtsuki, and T. Takeda, Astrophys. J. 799 (1), id. 40 (2015).

  59. H. B. Perets, Astrophys. J. Letters 727 (1), id. L3 (2011).

  60. C. A. Giuppone, A. Rodriguez, T. A. Michtchenko, A. A. de Almeida, Astron. and Astrophys. 658, id. A99 (2022).

  61. D. Kipping, S. Bryson, C. Burke, J. Christiansen, et al., Bull. Amer. Astron. Soc. 54 (5), e-id. 2022n5i504p04 (2022).

  62. H. Ochiai, M. Nagasawa, and S. Ida, Astrophys. J. 790 (2), id. 92 (2014).

  63. V. van Eylen, S. Albrecht, X. Huang, M. G. MacDonald, et al., Astron. J. 157 (2), id. 61 (2019).

  64. Y. Chachan, P. A. Dalba, H. A. Knutson, B. J. Fulton, et al., Astrophys. J. 926 (1), id. 62 (2022).

  65. E. Knudstrup and S. H. Albrecht, Astron. and Astrophys. 660, id. A99, (2022).

  66. S. Albrecht, J. N. Winn, R. P. Butler, J. D. Crane, S. A. Shectman, I. B. Thompson, T. Hirano, and R. A. Wit-tenmyer, Astrophys. J. 744 (2), id. 189 (2012).

  67. N. Miret-Roig, H. Bouy, S. N. Raymond, M. Tamura, et al., Nature Astron. 6, 89 (2022).

  68. A. Siraj and A. Loeb, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 507 (1), L16 (2021).

  69. K. Napier, F. Adams, and K. Batygin, Planetary Sci. J. 2 (2), id. 53 (2021).

  70. J. A. Kegerreis, S. Ruiz-Bonilla, V. R. Eke, R. J. Massey, T. D. Sandnes, L. F. A. Teodoro, Astrophys. J. Letters 937 (2), id. L40 (2022).

  71. Г. Н. Дремова, В. В. Дремов, А. В. Тутуков, Физика космоса, Препринты 50-й Международной студенческой научной конференции (Екатеринбург, 30 января–3 февраля 2023 г.), стр. 523 (2023); https://astro.insma.urfu.ru/sites/default/files/school/y2023/preprint_v2sm.pdf

  72. L. Verlet and J.-J. Weis, Phys. Rev. A 5, 939 (1972).

  73. А. В. Тутуков, В. В. Дремов, Г. Н. Дремова, Астрон. журн. 84 (6), 487 (2007).

  74. M. Marov and S. Ipatov, Geochemistry International 59 (11), 1010 (2021).

  75. H. Poincare, Bull. Astronomique (Serie I) 28, 251 (1911).

  76. T. J. J. See, Astron. Nachricht. 181 (23), 365 (1909).

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Астрономический журнал

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал