Місяць повільно віддаляється від Землі протягом останніх 2,5 мільярдів років

Автори: Джошуа Дейвіс, професор наук про Землю та атмосферу Квебекського університету в Монреалі; Марґрит Лантинк, постдокторська дослідниця катедри наук про Землю Вісконсинського університету в Медісоні.

Дивлячись на Місяць у нічному небі, ви б ніколи не подумали, що він поступово віддаляється від Землі. Але ми знаємо, що це так. У 1969 році програма НАСА «Аполон» встановила світловідбиваючі панелі на Місяці. Вони показали, що зараз він віддаляється від Землі на 3,8 см щороку.

Якщо ми візьмемо сьогоднішню швидкість віддалення Місяця та спроєктуємо її у минуле, то отримаємо зіткнення між Землею та Місяцем, яке б мало статися приблизно 1,5 мільярда років тому. Однак, Місяць утворився приблизно 4,5 мільярда років назад, а це означає, що нинішній темп віддалення є поганим орієнтиром для минулого.

Разом з нашими колегами-дослідниками з Утрехтського та Женевського університетів ми використовуємо комбінацію методів, щоб спробувати отримати інформацію про далеке минуле нашої Сонячної системи.

Нещодавно ми знайшли ідеальне місце для того, щоб розкрити довготривалу історію віддалення нашого Місяця. І це не завдяки вивченню самого Місяця, а завдяки зчитуванню сигналів у давніх шарах гірських порід на Землі.

Зчитування інформації між шарами

У мальовничому Національному парку Кариджині на заході Австралії деякі ущелини прорізають ритмічно-шаруваті відкладення віком 2,5 мільярда років. Ці залежі являють собою смугасті залізисті утворення, що складаються з характерних шарів багатих на залізо і кремнезем мінералів, які колись широко відкладалися на дні океану, а тепер зустрічаються на найстаріших ділянках земної кори.

На скелях водоспаду Жофра видно, як шари червонувато-коричневих утворень заліза, товщиною трохи менше метра, чередуються з однаковими інтервалами з темними та тонкими горизонтами.

Ущелина Жофра в національному парку Кариджині на заході Австралії демонструє регулярні зміни між червонувато-коричневою твердішою породою та м’якшою, збагаченою мінералами глиною із середньою товщиною 85 см. Ці відмінності пояснюються минулими кліматичними змінами, спричиненими коливаннями ексцентриситету орбіти Землі. Фріц Гілґен. Фото надано автором.

Темніші інтервали складаються з більш м’якої породи, яка більш сприйнятлива до ерозії. При ближчому розгляді відслонень виявляється наявність додаткової регулярної варіації меншого масштабу. Поверхні скель, які були відполіровані сезонною річковою водою, що протікає через ущелину, розкривають візерунок чергування білих, червонуватих і блакитно-сірих шарів.

У 1972 році австралійський геолог Алек Трендал порушив питання про походження різних масштабів циклічних візерунків, що повторюються, видимих у давніх шарах гірських порід. Він висловив припущення, що ці структури можуть бути пов’язані з минулими коливаннями клімату, викликаними так званими «циклами Міланковича».

Циклічні зміни клімату

Цикли Міланковича описують, як невеликі періодичні зміни земної орбіти та орієнтації її осі впливають на розподіл сонячного світла, яке отримує Земля протягом років.

Наразі панівні цикли змінюються кожні 400 000, 100 000, 41 000 та 21 000 років, впливаючи на наш клімат протягом тривалого періоду часу.

Ключовими прикладами кліматичного впливу циклів Міланковича в минулому є екстремально холодні або теплі періоди, а також більш вологі або сухі регіональні кліматичні умови.

Ці зміни суттєво змінили ситуацію на поверхні Землі, наприклад, розмір озер. Вони пояснюють періодичне озеленення пустелі Сахара і низький рівень кисню на глибині океану. Цикли Міланковича також вплинули на міграцію і еволюцію флори і фауни, зокрема й на наш вид.

І ознаки цих змін можна помітити саме по циклічним змінам осадових порід.

Зафіксовані коливання

Відстань між Землею і Місяцем безпосередньо пов’язана з частотою одного з циклів Міланковича – циклу кліматичної прецесії. Цей цикл виникає внаслідок прецесійного руху (коливання) або зміни орієнтації осі обертання Землі з часом. Нині цей цикл триває приблизно 21 000 років, але в минулому, коли Місяць був ближче до Землі, цей період був коротшим.

Це означає, що якщо ми зможемо спочатку знайти цикли Міланковича в старих відкладеннях, а потім відшукати ознаки коливання Землі та встановити його період, ми зможемо оцінити відстань між Землею та Місяцем в момент осадження відкладень.

Наше попереднє дослідження показало, що цикли Міланковича могли залишити сліди в стародавньому смугастому залізистому утворенні в Південній Африці, що підтверджує теорію Трендала.

Смугасті залізисті утворення в Австралії, імовірно, були відкладені в тому ж океані, що й південноафриканські породи, приблизно 2,5 мільярда років тому. Однак циклічні зміни в австралійських породах простіше піддаються дослідженню, що дозволяє нам вивчати коливання з набагато вищою точністю.

Наш аналіз австралійського смугастого залізистого утворення показав, що породи містять безліч шкал циклічних змін, які приблизно повторюються з інтервалами 10 або 85 см. Поєднавши ці товщини зі швидкістю осадження відкладень, ми виявили, що ці циклічні коливання відбуваються приблизно кожні 11 000 та 100 000 років.

Отже, наш аналіз дозволяє припустити, що цикл в 11 000 років, що спостерігається в гірських породах, імовірно, пов’язаний з кліматичним циклом прецесії, що має набагато коротший період, ніж поточний, – 21 000 років. Потім ми використали цю ознаку прецесії для обчислення відстані в період 2,46 мільярда років тому між Землею і Місяцем.

Виявилось, що 2,46 мільярда років тому Місяць був набагато ближче до Землі - приблизно на 60 000 км.

Виявилось, що раніше Місяць був розташований на 60 000 км ближче до Землі (ця відстань приблизно в 1,5 раза перевищує окружність Землі). Через відстань тривалість дня була набагато коротшою за сьогоднішню – 17 годин, а не 24 години (як зараз).

Розуміння динаміки Сонячної системи

Дослідження в галузі астрономії пропонують моделі формування Сонячної системи і спостереження за поточними умовами.

Наше дослідження і деякі інші розвідки науковців використовують один із небагатьох методів отримання реальних даних про еволюцію нашої системи і будуть мати вирішальне значення для майбутніх моделей системи Земля - Місяць.

Дивовижно, що динаміку Сонячної системи у минулому можна визначити за невеликими змінами в стародавніх осадових породах. Утім, неможливо зрозуміти еволюцію співіснування планети та її супутника лише за одним важливим показником.

Тепер ми потребуємо більш надійної інформації та нових підходів у моделюванні, щоб простежити еволюцію Місяця впродовж усього його існування. Тож наша дослідницька група вже розпочала вивчення інших гірських порід, які можуть допомогти нам віднайти нові підказки для розуміння історії Сонячної системи.

Стаття вперше була опублікована англійською мовою під назвою «Our moon has been slowly drifting away from Earth over the past 2.5 billion years» в журналі The Conversation 10 жовтня 2022 року.

Переклали Ірина Бачуріна, Яна Руча та Ірина Тесленко