Как мир создался: Сотворение мира за семь дней. Как наука подтвердила библейский миф

Содержание

Сотворение мира за семь дней. Как наука подтвердила библейский миф

Как мы писали в предыдущей статье, человечество много веков считало, что Вселенная бесконечна и существовала всегда. А потом выяснилось, что нет, она родилась примерно, 13,5 млрд лет назад. Так утверждает современная физика. Кстати, католическая церковь, которая сейчас намного гибче православной, (спасибо Иоанну Павлу II, предыдущему Папе Римскому), уже сказала: вот мы же вам про сотворение мира говорили, а вы не верили. То, что не за семь дней, а за миллиарды лет – это детали. Этим, жившим тогда необразованным людям, объяснить же было невозможно, что такое миллиарды лет, а семь дней – это понятно. На руках и то – всего десять пальцев, а тут всего семь. Кстати, это волшебное число семь удачно встраивается в современную научную картину сотворения мира. Но об этом позже.

Что говорит современная наука

В научном мире принято считать, что Вселенная произошла в результате Большого взрыва. Строится данная теория на том, что энергия и материя (основы всего сущего) ранее находились в состоянии сингулярности. Оно, в свою очередь, характеризуется бесконечностью температуры, плотности и давления. Состояние сингулярности само по себе отвергает все известные современному миру законы физики. Ученые считают, что Вселенная возникла из микроскопической частицы, которая в силу неизвестных пока причин пришла в далеком прошлом в нестабильное состояние и взорвалась. Но пока это только разговоры. Никакой более-менее правдоподобной теории этого начала сотворения мира нет. Зато потом, уже с первых секунд, все становится все более-менее ясно и понятно. И, как ни странно, подтверждается наблюдаемыми данными. Вот же какая история: больше 13 млрд лет прошло, а следы остались.

Как мы поняли это

Так как же человечество до всего этого дошло? Много чего об этом сейчас говорят. Но, по наиболее популярной версии, все началось с открытия американского астронома Хаббла (его именем сейчас называется космический телескоп). Так вот, Хаббл обнаружил так называемое красное смещение в спектрах далеких галактик.

Здесь надо рассказать, о чем идет речь, чтобы понятно было. Все химические элементы, а речь идет в данном случае о водороде, из которого, в основном, и состоят все звезды, излучают электромагнитные волны. И чем больше этот водород нагревается (а в звездах, где идут термоядерные реакции, он разогрет очень сильно) тем больше он и излучает.

Но тут вот в чем фишка. Это излучение идет на определенных частотах. И с определенной амплитудой на каждой частоте. Так что, получив соответствующую информацию (наука такая есть – спектроскопия), вы можете однозначно установить, какие химические элементы присутствуют в наблюдаемом вами объекте. Это как отпечатки пальцев.

И когда в 20-х годах прошлого века разработанные приборы позволили изучать спектры вещества в отдаленных галактиках, Хаббл обнаружил удивительное явление. Чем дальше находилась наблюдаемая галактика, тем сильнее наблюдалось так называемое красное смещение. По своей структуре спектры были нормальными. Водород и водород. Но по частотам они были сдвинуты в так называемую красную сторону спектра.

Для теоретической физики того времени ничего странного в этом не было – эффект Доплера. Если объект удаляется от вас – спектр смещается в красную сторону. Если приближается – то, наоборот, в фиолетовую.

Но как эти данные могли находиться в соответствии со стационарной моделью Вселенной? И почему, как показали последующие наблюдения, чем дальше находился исследуемый объект, тем красное смещение было более сильным? Он что, этот объект, быстрее от нас улетал? С какого прибамбаха?

Объяснение наблюдений

Но факт оставался фактом. Объяснение ему уже в 50-х годах предложил замечательный американский физик русского происхождения Георгий Гамов (родители вывезли мальчика из России после революции). Это объяснение было, как говорят в физике, «на пальцах», без всяких формул. Он сказал: представьте себе воздушный шарик, который постепенно надувается и становится все больше и больше, а на его поверхности наклеены такие маленькие круглые наклеечки. Так вот, если эти две наклеечки находятся рядом, то от раздувания шарика они будут расходиться друг от друга, но не быстро. А чем больше их расстояние друг от друга, тем скорость расхождения будет выше.

Это объясняется простыми формулами, доступными для каждого школьника старших классов. Но, мы здесь не будем их приводить. Как писал Хокинг, чем меньше формул в научно-популярном материале, тем он лучше воспринимается читателем. Просто представьте себе этот раздувающийся шарик – и все станет понятно. Вот и вся разгадка парадокса Хаббла. Чем дальше от нас находится наблюдаемый объект (галактика), те быстрее она от нас и убегает. А это значит, что Вселенная, как тот воздушный шарик, расширяется.

Только один вопрос остается. Причем тут шарик Гамова и наша Вселенная? Ну, шарик, это для публики. На самом деле, Гамов, может быть, впервые придумал теорию расширяющейся Вселенной. А если она расширялась, значит, у нее было какое-то начало.

Теория расширяющейся Вселенной

После этого теоретики взялись за дело. И не сразу, но картину развития Вселенной восстановили. Но не хватало одного. Согласно всем предложенным моделям, на самых ранних стадиях развития, во Вселенной существовало только излучение (это, кстати, установил еще Гамов). Уже потом, когда она, Вселенная, расширилась до приличных размеров и температура в ней упала, стали появляться элементарные частицы, потом состоящие из них атомы, а потом и все остальное, что мы сейчас и наблюдаем. Но следы этого первичного излучения (оно сейчас называется реликтовым) должны были остаться. Его параметры (этого остатка) теоретически были установлены. Но следов его не было. А потом они нашлись. Это, кстати, очень интересная история, которая является прекрасным примером «неисповедимых путей» развития науки.

Реликтовое излучение

Все началось в 1965 году, когда двое сотрудников американской компании Bell Telephone Арно Пензиас и Роберт Вилсон спроектировали новую сверхчувствительную антенну, работающую в определенном диапазоне частот. Делалась вся эта работа для использования в области спутниковой связи и телекоммуникаций. Спроектировали. Построили.

Но тут незадача вышла. Появлялись помехи. Какой-то непонятный шум. Ребята искали его источник, но найти так и не смогли. Он шел со всех сторон. Отчаявшись, они опубликовали статью в одном из радиотехнических журналов, в которой подробно описали свою разработку и попросили сообщество работающих в этой области инженеров, высказать свои предположения, в чем может быть причина этого странного явления.

Никто ничего не сказал. А потом вот что произошло: радиоастрономы (а в то время астрономические наблюдения уже велись на разных частотах, а не только в доступном глазу диапазонах, как в прошлые времена) эту статью увидели. Случайно. Они просто просматривали радиотехнические журналы – что там новенького, полезного для их исследований придумают эти инженеры. Прочитали. И схватились за голову. По всем описанным параметрам это было ОНО. То самое реликтовое излучение! Его характеристики совпадали со всем, предсказанным теоретиками астрофизики. Еще со времен Гамова. В 1978 году Пензиас и Вильсон за свое открытие получили Нобелевскую премию, а теория «Большого взрыва» стала общепризнанной в научном мире.

Эволюция Вселенной

Так как же все это произошло? Как эволюционировала наша Вселенная? Что с ней будет потом? Из этих трех вопросов вразумительный ответ сейчас есть только на второй. По первому вопросу и по третьему есть разные мнения. Но пока это так – «ля-ля тополя». И пересказывать их мы не будем.

Итак, как эволюционировала наша Вселенная после «Большого взрыва? В ее развитии было несколько этапов.

Но прежде чем их перечислять, надо заметить следующее. В понимании большинства людей, которые об этом «Большом взрыве» что-то слышали, дело происходило так. Было нечто, назовем его условно космосом, и потом что-то в нем взорвалось. И из этого и образовалось то, что мы сейчас видим.

Так это или не так. Что там было до «Большого взрыва» и было ли оно вообще (значит было, если что-то взорвалось), не знает никто. Но надо понимать, хотя понять и представить себе это очень сложно, что в результате «Большого взрыва» образовалась не только материя, но и само пространство и время, в котором мы живем. Вот вам и творение мира. Действительно творение, действительно мира. Мира, в смысле именно пространства, времени и существующей в ней материи.

Хронология развития Вселенной

Так как это происходило с точки зрения современной науки? А вот так. Краткая хронология. Произошел «Большой взрыв». Возникла наша Вселенная. Такой маленький, невидимый комочек. Что происходило дальше с момента взрыва.

10-45 — 10-37 секунд – инфляционное расширение, в результате которого пространство немерено расширилось. Любознательный читатель может спросить. А как же теория Относительности? Там же есть скорость света, которую превысить нельзя. А все очень просто. Ограничения теории Относительности относятся к перемещениям любых материальных объектов в нашем пространстве. А тут расширялось само пространство.

Потом, когда пространство расширилось, в нем сначала возникли кварки и электроны, а потом другие элементарные частицы.
Атомы образовались примерно через 400 тыс. лет после Начала.
Через миллиарды лет зародились первые звезды и галактики, а потом планеты.

Ну, и примерно через десять – одиннадцать миллиардов лет, на этой планете Земля появилась жизнь, которая и эволюционировала в Homo sapiens.

О сотворении мира

Вот мы и насчитали 5 стадий эволюции Вселенной, а могли бы насчитать и больше. Если бы прибавили время превращения этого первоначального Homo sapiens в действительно разумного человека. Получилось бы шесть. Вот все и сложилось. Ведь на седьмой день Господь, как известно, отдыхал.

Теория Большого взрыва стала настоящим прорывом в науке. Она позволила ученым ответить на множество вопросов относительно рождения и эволюции Вселенной. Но одновременно эта теория породила новые загадки. Главная из них заключается в причине самого Большого взрыва. Как он произошел и что было до него? Чем больше исследований проводится в этом направлении, тем больше вопросов возникает у астрофизиков. Ответы на них ждут человечество в будущем.

Темные вещи

Сейчас, главными загадками являются природа так называемых темной материи и темной энергии.

О темной энергии мы уже упоминали в предыдущей статье. Это – антигравитация, которая и расширяет нашу Вселенную. Природа ее пока не установлена. Но факт существования неопровержимо доказан.

И еще темная материя. Наблюдения за галактиками показали, что находящиеся в них звезды вращаются намного быстрее, чем предсказывали расчеты. Сначала ученые предположили, что в центрах галактик находятся сверхмассивные « черные дыры». Они там действительно находятся. Хотя наблюдать их невозможно. Не излучают они электромагнитные волны. И вообще ничего не излучают. Потому и называются черными. Их существование предсказывала Общая теория относительности (ОТО), а потом по косвенным признакам они были обнаружены и их существование сейчас не вызывает сомнений.

Так вот. Наблюдаемое движение звезд в галактиках, существование «черных дыр» не объясняло.

Но появление мощнейших суперкомпьютеров позволило решить так называемую в математике «обратную задачу». А именно, рассчитать наличие и распределение в галактике центров притяжения материи, обеспечивающих наблюдаемое движение звезд. И выяснилось, что эти центры притяжения должны быть определенным образом распределены по всему наблюдаемому пространству. Но их обнаружить не удалось. Нигде. Вот эту непонятную сущность и назвали темной материей. Природа ее пока не установлена.

Ну и какое нам до всего этого дело? Все просто. На темную энергию и темную материю приходится 95% всего того, что есть во Вселенной! А мы более-менее знаем об оставшихся 5%, а это все наблюдаемые галактики со своими звездами, пылевые туманности, потоки элементарных частиц и прочая «живность». Так что есть над чем работать.

А зачем?

Действительно, зачем оно нам надо? А потому что интересно. И без этого интереса человечество не стало бы тем, кем является сейчас. И надо понимать – это главное. Текущая политика, экономика – чтобы там не происходило, оно все пройдет. А если стремление человека познать окружающий мир останется, то все будет хорошо. Конечно, если люди не истребят планету, на которой они живут. Что же, будем надеяться на лучшее.

«Как появился мир?» — Яндекс Кью

Происхождение Вселенной, Земли и жизни. Наука и креационизм

Термин «эволюция» обычно относится к биологической эволюции живых существ. Но процессы, посредством которых планеты, звезды, галактики и вселенная формируются и изменяются с течением времени, также являются типами «эволюции». Во всех этих случаях со временем происходят изменения, хотя вовлеченные в них процессы весьма различны.

В конце 1920-х годов американский астроном Эдвин Хаббл сделал очень интересное и важное открытие. Хаббл сделал наблюдения, которые он интерпретировал как показывающие, что далекие звезды и галактики удаляются от Земли во всех направлениях. Более того, скорости удаления увеличиваются пропорционально расстоянию — открытие, подтвержденное многочисленными и повторными измерениями со времен Хаббла. Следствием этих открытий является то, что Вселенная расширяется.

Гипотеза Хаббла о расширяющейся Вселенной приводит к определенным выводам. Во-первых, в прошлом Вселенная была более плотной. Из этого вывода пришло предположение, что все наблюдаемые в настоящее время материя и энергия во Вселенной изначально были сконденсированы в очень маленькую и бесконечно горячую массу. Огромный взрыв, известный как Большой Взрыв, разбросал материю и энергию во всех направлениях.

Эта гипотеза Большого Взрыва привела к более проверяемым выводам. Одним из таких выводов было то, что сегодня температура в глубоком космосе должна быть на несколько градусов выше абсолютного нуля. Наблюдения показали, что этот вывод верен. Фактически, спутник Cosmic Microwave Background Explorer (COBE), запущенный в 1991 подтвердили, что поле фонового излучения имеет именно тот спектр, который предсказывает возникновение Вселенной в результате Большого взрыва.

По мере расширения Вселенной, согласно современным научным представлениям, материя собиралась в облака, которые начали конденсироваться и вращаться, образуя предшественников галактик. В галактиках, в том числе в нашей собственной галактике Млечный Путь, изменения давления привели к тому, что газ и пыль сформировали отдельные облака. В некоторых из этих облаков, где имелась достаточная масса и нужные силы, гравитационное притяжение привело к коллапсу облака. Если масса вещества в облаке была достаточно сжата, начинались ядерные реакции и рождалась звезда.

Некоторая часть звезд, включая наше Солнце, образовалась в середине сплющенного вращающегося диска из вещества. В случае с нашим Солнцем газ и пыль внутри этого диска столкнулись и скопились в мелкие крупинки, а из этих крупинок образовались более крупные тела, называемые планетезимали («очень маленькие планеты»), некоторые из которых достигали диаметра в несколько сотен километров. На последовательных стадиях эти планетезимали объединились в девять планет и их многочисленных спутников. Каменистые планеты, включая Землю, находились вблизи Солнца, а газообразные планеты находились на более удаленных орбитах.

Возраст Вселенной, нашей галактики, Солнечной системы и Земли можно определить с помощью современных научных методов. Возраст Вселенной может быть получен из наблюдаемой зависимости между скоростями и расстояниями, разделяющими галактики. Скорости далеких галактик могут быть измерены очень точно, но измерение расстояний более ненадежно. За последние несколько десятилетий измерения расширения Хаббла привели к оценкам возраста Вселенной от 7 до 20 миллиардов лет, а самые последние и лучшие измерения находятся в диапазоне от 10 до 15 миллиардов лет.

Рисунок

Диск пыли и газа, показанный в виде темной полосы на этой фотографии, сделанной космическим телескопом Хаббла, делит пополам светящуюся туманность вокруг очень молодой звезды в созвездии Тельца. Подобные диски можно увидеть вокруг других близлежащих звезд, и считается, что они (далее… )

Возраст галактики Млечный Путь был рассчитан двумя способами. Один связан с изучением наблюдаемых стадий эволюции звезд разного размера в шаровых скоплениях. Шаровые скопления образуют слабое гало, окружающее центр Галактики, и каждое скопление содержит от ста тысяч до миллиона звезд. Очень небольшое количество элементов тяжелее водорода и гелия в этих звездах указывает на то, что они должны были образоваться в начале истории Галактики, до того, как внутри первоначальных поколений звезд было создано большое количество тяжелых элементов, а затем они распространились в межзвездную среду через взрывы сверхновых (сам Большой взрыв создал в основном атомы водорода и гелия). Оценки возраста звезд в шаровых скоплениях попадают в диапазон от 11 до 16 миллиардов лет.

Второй метод оценки возраста нашей галактики основан на нынешнем содержании нескольких долгоживущих радиоактивных элементов в Солнечной системе. Их изобилие определяется темпами их производства и распространения посредством взрыва сверхновых. Согласно этим расчетам, возраст нашей галактики составляет от 9 до 16 миллиардов лет. Таким образом, оба способа оценки возраста галактики Млечный Путь согласуются друг с другом, а также согласуются с независимо полученной оценкой возраста Вселенной.

Радиоактивные элементы, встречающиеся в природе в горных породах и минералах, также позволяют оценить возраст Солнечной системы и Земли. Некоторые из этих элементов распадаются с периодом полураспада от 700 миллионов до более 100 миллиардов лет (период полураспада элемента — это время, за которое половина элемента радиоактивно распадается на другой элемент). С помощью этих хронометров подсчитано, что метеориты, представляющие собой фрагменты астероидов, образовались между 4,53 и 4,58 миллиарда лет назад (астероиды — это небольшие «планетоиды», вращающиеся вокруг Солнца и являющиеся остатками солнечной туманности, породившей Солнце и планеты). Те же самые радиоактивные хронометры, примененные к трем старейшим лунным образцам, возвращенным на Землю астронавтами Аполлона, дают возраст от 4,4 до 4,5 миллиардов лет, обеспечивая минимальные оценки времени с момента образования Луны.

Самые старые известные горные породы на Земле находятся на северо-западе Канады (3,96 миллиарда лет), но хорошо изученные горные породы почти такого же возраста встречаются и в других частях мира. В Западной Австралии кристаллы циркона, заключенные в молодые породы, имеют возраст 4,3 миллиарда лет, что делает эти крошечные кристаллы самым древним материалом, найденным на Земле.

Наилучшие оценки возраста Земли получаются путем расчета времени, необходимого для образования наблюдаемых изотопов свинца в древнейших свинцовых рудах Земли. Эти оценки дают возраст Земли и метеоритов, а следовательно, и Солнечной системы, 4,54 миллиарда лет.

Происхождение жизни не может быть точно датировано, но есть свидетельства того, что бактериоподобные организмы жили на Земле 3,5 миллиарда лет назад, а возможно, они существовали еще раньше, когда сформировалась первая твердая кора, почти 4 миллиарда лет назад. Эти ранние организмы должны были быть проще, чем организмы, живущие сегодня. Более того, до первых организмов должны были существовать структуры, которые нельзя было бы назвать «живыми», но которые теперь являются компонентами живых существ. Сегодня все живые организмы хранят и передают наследственную информацию с помощью двух видов молекул: ДНК и РНК. Каждая из этих молекул, в свою очередь, состоит из четырех видов субъединиц, известных как нуклеотиды. Последовательности нуклеотидов определенной длины ДНК или РНК, известные как гены, управляют построением молекул, известных как белки, которые, в свою очередь, катализируют биохимические реакции, обеспечивают структурные компоненты для организмов и выполняют многие другие функции, от которых зависит жизнь. Белки состоят из цепочек субъединиц, известных как аминокислоты. Таким образом, последовательность нуклеотидов в ДНК и РНК определяет последовательность аминокислот в белках; это центральный механизм всей биологии.

Эксперименты, проведенные в условиях, напоминающих условия примитивной Земли, привели к получению некоторых химических компонентов белков, ДНК и РНК. Некоторые из этих молекул также были обнаружены в метеоритах из космоса и в межзвездном пространстве астрономами с помощью радиотелескопов. Ученые пришли к выводу, что «строительные блоки жизни» могли быть доступны в начале истории Земли.

Новое важное направление исследований открылось благодаря открытию того, что определенные молекулы, состоящие из РНК, называемые рибозимами, могут действовать как катализаторы в современных клетках. Ранее считалось, что только белки могут служить катализаторами, необходимыми для выполнения определенных биохимических функций. Таким образом, в раннем добиотическом мире молекулы РНК могли быть «автокаталитическими», то есть они могли воспроизводить себя задолго до того, как появились какие-либо белковые катализаторы (называемые ферментами).

Лабораторные эксперименты показывают, что реплицирующиеся автокаталитические молекулы РНК подвергаются спонтанным изменениям и что в их окружении преобладают варианты молекул РНК с наибольшей автокаталитической активностью. Некоторые ученые поддерживают гипотезу о том, что существовал ранний «мир РНК», и они проверяют модели, ведущие от РНК к синтезу простых молекул ДНК и белков. Эти сборки молекул в конечном итоге могли быть упакованы в мембраны, образуя «протоклетки» — ранние версии очень простых клеток.

Для тех, кто изучает происхождение жизни, больше не стоит вопрос, могла ли жизнь возникнуть в результате химических процессов с участием небиологических компонентов. Вместо этого возник вопрос, какой из многих путей мог использоваться для образования первых клеток.

Сможем ли мы когда-нибудь определить путь химической эволюции, которая привела к зарождению жизни на Земле? Ученые разрабатывают эксперименты и размышляют о том, как ранняя Земля могла стать удобным местом для разделения молекул на единицы, которые могли быть первыми живыми системами. Недавнее предположение включает в себя возможность того, что первые живые клетки могли возникнуть на Марсе, засеяв Землю многими метеоритами, которые, как известно, путешествуют с Марса на нашу планету.

Конечно, даже если бы в лаборатории была создана живая клетка, это не доказывало бы, что природа пошла по тому же пути миллиарды лет назад. Но работа науки состоит в том, чтобы давать правдоподобные естественные объяснения природным явлениям. Изучение происхождения жизни — очень активная область исследований, в которой достигнут значительный прогресс, хотя ученые сходятся во мнении, что ни одна из нынешних гипотез до сих пор не подтверждена. История науки показывает, что кажущиеся неразрешимыми проблемы, подобные этой, могут стать поддающимися решению позже, в результате достижений в области теории, приборов или открытия новых фактов.

Многие религиозные деятели, в том числе многие ученые, считают, что Бог создал вселенную и различные процессы, движущие физической и биологической эволюцией, и что эти процессы затем привели к созданию галактик, нашей Солнечной системы и жизни на Земле. Эта вера, которую иногда называют «теистической эволюцией», не противоречит научным объяснениям эволюции. Действительно, он отражает удивительный и вдохновляющий характер физической вселенной, раскрытый космологией, палеонтологией, молекулярной биологией и многими другими научными дисциплинами.

Сторонники «креационной науки» придерживаются различных точек зрения. Некоторые утверждают, что Земля и Вселенная относительно молоды, возможно, им всего от 6 000 до 10 000 лет. Эти люди часто считают, что нынешняя физическая форма Земли может быть объяснена «катастрофизмом», в том числе всемирным потопом, и что все живые существа (включая людей) были созданы чудесным образом, в основном в тех формах, в которых мы их видим сейчас.

Другие защитники науки о сотворении готовы признать, что Земля, планеты и звезды могли существовать миллионы лет. Но они утверждают, что различные типы организмов, и особенно люди, могли появиться только благодаря сверхъестественному вмешательству, потому что они демонстрируют «разумный замысел».

В этом буклете обе эти точки зрения — «Молодая Земля» и «Старая Земля» — называются «креационизмом» или «особым творением».

Нет достоверных научных данных или расчетов, подтверждающих веру в то, что Земля была создана всего несколько тысяч лет назад. В этом документе собрано огромное количество свидетельств большого возраста Вселенной, нашей галактики, Солнечной системы и Земли из астрономии, астрофизики, ядерной физики, геологии, геохимии и геофизики. Независимые научные методы неизменно дают возраст Земли и Солнечной системы примерно в 5 миллиардов лет, а возраст нашей галактики и Вселенной в два-три раза больше. Эти выводы делают происхождение Вселенной в целом понятным, придают согласованность многим различным областям науки и формируют основные выводы замечательного свода знаний о происхождении и поведении физического мира.

Также нет никаких доказательств того, что вся геологическая летопись с ее упорядоченной последовательностью окаменелостей является продуктом единственного всемирного потопа, который произошел несколько тысяч лет назад, длился чуть дольше года и покрыл самые высокие горы до глубина несколько метров. Напротив, литоральные и наземные отложения демонстрируют, что ни разу в прошлом вся планета не находилась под водой. Более того, всемирный потоп достаточной силы, чтобы образовать наблюдаемые сегодня осадочные породы, которые вместе имеют многокилометровую толщину, потребовал бы гораздо большего объема воды, чем когда-либо существовало на Земле и в ней, по крайней мере, с момента образования первого известного твердого тела. земная кора около 4 миллиардов лет назад. Вера в то, что отложения Земли с их окаменелостями отложились в упорядоченной последовательности в течение года, противоречит всем геологическим наблюдениям и физическим принципам, касающимся скорости осадконакопления и возможных количеств взвешенных твердых веществ.

Геологи построили подробную историю отложения отложений, которая связывает отдельные тела горных пород в земной коре с определенными средами и процессами. Если бы геологи-нефтяники могли найти больше нефти и газа, интерпретируя записи осадочных пород как результат одного наводнения, они, безусловно, поддержали бы идею такого наводнения, но это не так. Вместо этого эти практические работники соглашаются с учеными-геологами в отношении природы условий осадконакопления и геологического времени. Геологи-нефтяники были пионерами в распознавании месторождений ископаемых, которые формировались в течение миллионов лет в таких средах, как извилистые реки, дельты, песчаные барьерные пляжи и коралловые рифы.

Пример нефтяной геологии демонстрирует одну из сильных сторон науки. Используя знания о мире природы для предсказания последствий наших действий, наука позволяет решать проблемы и создавать возможности с помощью технологий. Подробные знания, необходимые для поддержания нашей цивилизации, могли быть получены только в результате научных исследований.

Аргументы креационистов не основаны на доказательствах, которые можно наблюдать в естественном мире. Особое творение или сверхъестественное вмешательство не подлежат осмысленным проверкам, требующим предсказания правдоподобных результатов и последующей проверки этих результатов посредством наблюдения и экспериментов. Действительно, утверждения об «особом творении» меняют научный процесс. Объяснение рассматривается как неизменное, и доказательства ищутся только для поддержки конкретного вывода любыми возможными способами.

Объяснение образования Земли и Луны

Серия объяснений

Узнайте больше о прорывах, впервые реализованных в Чикагском университете

К Саша Уоррен

Земля образовалась более 4,6 миллиардов лет назад из смеси пыли и газа вокруг молодого Солнца. Он стал больше благодаря бесчисленным столкновениям между частицами пыли, астероидами и другими растущими планетами, включая один последний гигантский удар, выбросивший в космос достаточно камней, газа и пыли, чтобы сформировать Луну.

Несмотря на то, что горные породы, отражающие самые ранние этапы истории Земли, были разрушены или деформированы геологической деятельностью более четырех миллиардов лет, ученые могут использовать современные горные породы, образцы Луны и метеориты, чтобы выяснить, когда и как сформировались Земля и Луна, а также что они, возможно, когда-то выглядели так.

Перейти к разделу:

Как образовались Земля и Луна?
Как и когда образовалась ранняя Земля?
Как образовалась Луна?
Когда образовалась Луна?

Как выглядела ранняя Земля?
Как выглядела ранняя луна?
Какие вопросы остаются?

Как образовались Земля и Луна?

Земля, как и все другие планеты Солнечной системы, начала свою жизнь как диск из пыли и газа, вращающийся вокруг молодого Солнца. Частицы пыли были собраны силами сопротивления, чтобы сформировать глыбы породы, которые выросли в «планетезимали» диаметром от десятков до сотен миль, а затем в «протопланеты» размером с Марс, сталкиваясь друг с другом.

Земля выросла до своего окончательного размера в результате последнего крупного столкновения с другим объектом размером с Марс. Это последнее столкновение, также известное как «лунообразующее столкновение», было настолько сильным, что — в дополнение к добавлению большого количества материала на Землю — было достаточно энергии, чтобы испарить часть камня и металла как с протоземли, так и с Земли. воздействующий объект. Этот пар образовал диск вокруг Земли, который в конечном итоге остыл и слипся, превратившись в Луну.

Мы знаем это благодаря тщательным исследованиям метеоритов и образцов горных пород, в том числе в Чикагском университете, в 20-м и 21-м веках.

Понимание того, как сформировались Земля и Луна, важно для того, чтобы собрать воедино историю Солнечной системы и ответить на такие вопросы, как время формирования планет, из чего состоят планеты и что делает планету пригодной для жизни. Это также направляет ученых-планетологов в их поисках других обитаемых (или обитаемых!) миров в нашей Солнечной системе и за ее пределами!

Как и когда образовалась ранняя Земля?

Теперь ученые считают, что история Земли началась около 4,6 миллиарда лет назад в дискообразном облаке пыли и газа, вращающемся вокруг раннего Солнца и состоящем из материала, оставшегося после формирования Солнца.

Внутри этого диска частицы газа и пыли разного размера вращаются вокруг Солнца с немного разными скоростями, что позволяет им сталкиваться друг с другом и слипаться. В конце концов, они превратились из крошечных пылинок в валуны, а затем в более крупные «планетезимали», диаметр которых варьировался от миль до сотен миль.

Поскольку эти планетезимали были крупнее валунов, они обладали достаточно сильной гравитацией, чтобы стягивать соседние планетезимали с орбиты и поглощать их в результате столкновений, что позволяло некоторым планетезималям становиться все больше и больше, пока они не достигли тысяч миль в диаметре — примерно размером с Луна и Марс.

Откуда мы знаем?

Ключ — метеориты. Метеориты приносят на Землю множество различных материалов со всей Солнечной системы, где ученые могут их изучать. Эти материалы включают хондры — крошечные кусочки пыли и камня, которые уцелели еще до образования планет, а также кусочки астероидов и планетезималей, оставшиеся в процессе строительства планет. Радиоактивные элементы, такие как уран и гафний, задерживаются внутри минералов, из которых состоят эти объекты, когда они формируются, что позволяет ученым-планетологам определить, сколько им лет.

Используя эти измерения и моделирование физики пыли и столкновений планетезималей, планетологи и астрономы установили, что процесс превращения пыли в протопланету занимает десятки миллионов лет.

Но финальная стадия формирования планет в нашей Солнечной системе могла занять гораздо больше времени — до ста миллионов лет или около того. Это было не только последнее крупное добавление материала к Земле, но и событие, которое сформировало Луну — и это одна из самых обсуждаемых частей истории.

Как образовалась луна?

Ученые предложили несколько различных теорий образования Луны. Однако история, которая лучше всего подтверждается всеми доступными данными, состоит в том, что Луна образовалась во время гигантского столкновения между прото-Землей и другой протопланетой размером примерно Марс, иногда известный как «Тейя».

Согласно этой теории, Луна образовалась из обломков удара — смеси расплавленной породы и горячего газа — выброшенных в космос в результате удара, потенциально сформировав диск материала, известный как «лунная синестия».

Альтернативные теории, предложенные учеными, включают:

Луна оторвалась от Земли («Теория деления»)
Луна сформировалась в другом месте Солнечной системы и была захвачена гравитацией Земли («Теория захвата»)
Земля и Луна образовались из протопланетного диска одновременно («Соформация»)

Откуда мы знаем?

Образцы горных пород с Луны, доставленные на Землю лунными метеоритами и высадками на Луну Аполлона, могут быть использованы для понимания истории Луны и ее связи с Землей через химический состав их минералов.

Ученые-планетологи, такие как профессор Николя Дофас и профессор Энди Дэвис с факультета геофизических наук Чикагского университета, проводят точные измерения лунных образцов, чтобы точно определить, из чего они сделаны, и определяют химические следы различных геологических процессов, таких как плавление и перемешивание горных пород и испарение газов.

Первая большая подсказка о том, откуда появилась Луна, связана с кислородом. Кислород, как и многие другие элементы, может существовать в нескольких формах, известных как изотопы. Различные типы метеоритов, прилетающие из астероидов, оставшихся в Солнечной системе после образования планет, имеют разные пропорции каждого из этих изотопов кислорода. Итак, измеряя изотопы кислорода на данной планете, планетологи могут рассчитать различные типы астероидов, которые столкнулись, чтобы сформировать планету. Лунные образцы имеют очень похожий состав изотопов кислорода на Землю.

Некоторые ученые считают, что изотопы кислорода появились потому, что объект, упавший на Землю, состоял из той же смеси метеоритов, что и сама Земля, что потенциально позволяет предположить, что планета-ударник образовалась недалеко от Солнечной системы.

Другие ученые предполагают, что после удара весь кислород смог перемещаться в горячем паре, окружающем Землю и Луну, смешивая все различные изотопы кислорода и стирая все первоначальные различия между Землей и Тейей.

Однако между химией Земли и Луны тоже есть много различий. При высоких температурах, достигаемых во время планетарных столкновений, многие элементы, которые мы не привыкли считать газами, например, калий, цинк и натрий, могут существовать в виде пара. Концентрации этих «летучих» элементов в лунных породах намного ниже, чем в породах на Земле.

Одна из возможностей состоит в том, что у горячих обломков, образовавшихся при ударе, было много времени, чтобы испарить эти элементы, прежде чем они слиплись вместе, образовав луну. Во-вторых, когда образовалась Луна, она была очень горячей с глубоким магматическим океаном, как и Земля, а низкая гравитация и отсутствие атмосферы на Луне позволяли летучим элементам, которые не вырвались бы из более крупного объекта, испариться в космос.

Обе эти улики трудно объяснить без гигантского удара. Ударное происхождение Луны обеспечивает высокие температуры, необходимые для объяснения нехватки калия, цинка и натрия на Луне, а также возможность большого количества смешивания между протоземлей и материалом, который станет луной. Но когда произошло это воздействие?

Когда образовалась Луна?

Ученые считают, что Луна образовалась во время гигантского столкновения примерно через 60-175 миллионов лет после рождения Солнечной системы. Чтобы получить эту оценку, они могут использовать камни с Земли.

По мере роста больших планетезималей тепло, выделяющееся при повторяющихся столкновениях и радиоактивном распаде элементов внутри их минералов — достаточно, чтобы вызвать плавление. Это позволяет материалам с разной плотностью разделяться, при этом такие металлы, как железо и никель, погружаются внутрь, образуя ядро, а более легкие камни «плавают» сверху.

Ко времени удара, образовавшего Луну, Земля уже была разделена на эти слои камня и металла. Однако мощная сила и высокая температура удара вновь расплавили протоземлю, повторно смешав разделенные горные породы и металл. После этого смешения Земля была еще достаточно горячей, чтобы снова произошло разделение и образовались новые слои породы и металла — это ключ к датировке образования Луны!

Когда рок и металл смешиваются, они могут поменять местами некоторые элементы. Такие элементы, как гафний, предпочитают смешивать с камнем, а не с металлом. Гафний распадается примерно за 10 миллионов лет, образуя вольфрам. Впервые Земля остыла и разделилась на горные породы и слои металла в начале истории Солнечной системы, поэтому в каменистом слое Земли присутствовало много гафния, потому что он еще не успел распасться до вольфрама. К тому времени, когда произошло столкновение с формированием Луны, большая часть этого раннего гафния распалась до вольфрама. Такие элементы, как вольфрам, предпочитают смешиваться с металлом, поэтому, когда удар снова смешал Землю, новообразованный вольфрам погрузился в металлическое ядро. Это создало каменистый внешний слой с более низкой концентрацией гафния, чем раньше, и металлическое ядро с гораздо большим количеством вольфрама.

Сегодня весь гафний исчез, потому что у него короткий период полураспада по сравнению с возрастом Земли. Однако не все потеряно — это делает его очень полезным для определения времени событий в первые сто миллионов лет истории Солнечной системы. Концентрация вольфрама в земных породах зависит от того, когда произошло самое последнее разделение на слои породы и металла. Концентрация вольфрама в земных породах слишком мала, чтобы ее можно было объяснить ранним разделением металла и породы, что означает, что что-то должно было повторно смешать слои Земли. Лучшим объяснением тепла и энергии, необходимых для этого, является гигантское столкновение примерно через 60-175 миллионов лет после рождения Солнечной системы.

Как выглядела ранняя Земля?

После удара, образовавшего Луну, Земля сильно отличалась от мира, который мы видим сегодня! В то время как современная Земля имеет океаны, покрывающие большую часть ее поверхности, ранняя Земля была покрыта океаном магмы — слоем расплавленной породы глубиной в сотни миль, расплавленной энергией, выделившейся во время столкновения. Любая присутствующая вода будет существовать только в виде водяного пара в атмосфере.

Если этого было недостаточно, раннее солнце также было гораздо более активным, чем сегодня, обрушивая всю солнечную систему УФ-излучением, достаточно мощным, чтобы испарить целые атмосферы.

Со временем, после того как магматический океан достаточно остыл, чтобы образовать твердую поверхность, атмосфера Земли пополнялась за счет вулканических извержений, а также воды и других газов, доставляемых кометами и метеоритами, врезавшимися в поверхность.

Это также был первый шаг к развитию тектоники плит на нашей планете. Тектоника плит описывает гигантские «плиты» земной коры, которые медленно перемещаются по поверхности Земли на протяжении сотен миллионов лет; он не только производит новые породы в вулканах, где плиты раздвигаются, но также может перерабатывать камни с поверхности Земли и атмосферы обратно внутрь, где плиты сходятся. Этот процесс, известный как «субдукция», переносит камни, воду и углекислый газ, захваченные минералами, обратно в недра Земли, где они могут вызвать будущие извержения вулканов, продолжая тектонический цикл плит.

Некоторые планетологи считают, что тектоника плит необходима для развития жизни на планете. Это связано с тем, что повторяющееся образование и разрушение земной коры в результате тектоники плит одновременно высвобождает углекислый газ в атмосферу и удаляет его, помогая поддерживать одинаковые температуры на Земле (и комфортные для микробов, рыб и людей!) на протяжении миллиардов лет.

Наличие у планеты тектоники плит гораздо сложнее, чем просто наличие твердой поверхности, и может также зависеть от типов и количества различных астероидов, планетезималей и протопланет, из которых состоит Земля, из-за того, что различные химические вещества и вещества полезные ископаемые могут изменить поведение недр планеты на протяжении миллиардов лет.

Как выглядела ранняя луна?

Большинство из нас представляет себе Луну как безлюдное, серое место с кратерами и ничем другим, но на протяжении большей части своей истории она была удивительно геологически активной. Как и Земля, Луна началась с толстого слоя расплавленной породы на ее поверхности.

Однако, в отличие от Земли, поверхность Луны не охлаждалась, образуя тектонические плиты. Вместо этого у него толстая корка, почти полностью состоящая из светлого минерала, называемого полевым шпатом. Полевой шпат является основным материалом, из которого состоят яркие области, которые мы можем видеть на Луне сегодня, также известные как лунные нагорья. Полевой шпат кристаллизовался, когда океан магмы остыл, и стал достаточно легким, чтобы всплыть на поверхность Луны поверх других минералов и оставшейся магмы. (Планетарные ученые могут использовать тот факт, что эта корка из полевого шпата образовалась на Луне, а не на Земле, чтобы попытаться определить различия в раннем химическом составе и условиях охлаждения между двумя объектами, чтобы узнать больше об образовании Луны.)

Однако образование корки из полевого шпата не ознаменовало конец геологической активности на Луне. Тепло, оставшееся от удара, а также дополнительное тепло, выделенное радиоактивными элементами, было способно расплавить горную породу глубоко в полдень, чтобы подпитывать вулканы на ее поверхности. В результате таяния образовался базальт, порода темного цвета, обычно встречающаяся сегодня в вулканах на Земле в таких местах, как Гавайи и Исландия. Базальт разлился на сотни километров по поверхности Луны, образовав «кобылу» (что означает «моря» на латыни) толщиной до мили. Эти кобылы покрывают около 16% поверхности Луны и видны невооруженным глазом как темные пятна на Луне.

Ученые-планетологи могут сказать, что базальтовые кобылы моложе, чем полевошпатовые нагорья, по количеству кратеров на различных поверхностях. У кобылы меньше кратеров на верхней поверхности, чем у высокогорья, потому что у них было меньше времени, чтобы пострадать от астероидов и метеоритов. Считается, что самой молодой кобыле всего 1,1 миллиарда лет, а это означает, что вулканы на Луне все еще извергались через два миллиарда лет после появления первых признанных свидетельств жизни на Земле!

Еще одной особенностью ранней Луны была ее орбита. Сегодня Луна удаляется от Земли примерно на 1,5 дюйма каждый год. Ученые-планетологи рассчитали расстояние между Землей и Луной в обратном направлении во времени и обнаружили, что Луна была в семнадцать раз ближе (14 000 миль против 250 000 миль), когда формировалась.

Это изменяющееся расстояние между Землей и Луной является важной подсказкой о деталях удара, формирующего Луну, потому что изменение размера, скорости и углов сближения ударных элементов в симуляциях формирования Луны изменяет орбиту окончательной системы Земля-Луна. Планетологам необходимо найти моделирование удара, которое могло бы соответствовать не только химическому составу Луны, но и тому, как далеко она находилась от Земли и как быстро она вращалась изначально.

Какие вопросы остались?

Хотя ученые согласны с тем, что Луна образовалась в результате удара, детали удара все еще обсуждаются. Ученые до сих пор не пришли к единому мнению о том, насколько велик был столкнувшийся объект, как быстро он двигался, из чего он был сделан и даже следует ли нам называть его «Тейя». Некоторые ученые даже утверждают, что Луна могла быть сформирована несколькими столкновениями, а не одним!

Лабораторные эксперименты

помогают ученым лучше понять, что происходит с различными типами горных пород и элементами в экстремальных условиях крупных ударов. Исследовательская группа профессора Николаса Дофаса из Калифорнийского университета в Чикаго испаряет металлы в вакууме, чтобы смоделировать условия, присутствующие в облаке ударных обломков, чтобы попытаться объяснить, почему в лунных породах гораздо меньше таких элементов, как натрий, цинк и калий, по сравнению с Землей.

Однако некоторые эксперименты могут быть слишком масштабными для лаборатории, поэтому для исследования влияния формирования Луны также используется компьютерное моделирование. Эти симуляции позволяют ученым виртуально сталкивать прото-Землю и различные типы планетезималей на разных скоростях и под разными углами, чтобы выяснить, какие комбинации свойств могут сформировать луну с такими размерами и орбитой, которые мы видим сегодня.