Гравитационный захват как возможный сценарий происхождения Луны

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

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.

Об авторах

А. В. Тутуков

Институт астрономии Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: atutukov@inasan.rssi.ru
Россия, Москва

Г. Н. Дремова

Российский федеральный ядерный центр

Автор, ответственный за переписку.
Email: G.N.Dryomova@mail.ru
Россия, Челябинская область, Снежинск

В. В. Дремов

Российский федеральный ядерный центр

Автор, ответственный за переписку.
Email: V.V.Dryomov@vniitf.ru
Россия, Челябинская область, Снежинск

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. 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. 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 файлы


© А.В. Тутуков, Г.Н. Дремова, В.В. Дремов, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».