Происхождение Луны было предметом многочисленных научных дискуссий на протяжении многих лет. В настоящее время большинство учёных сходятся во мнении, что около 4,5 миллиардов лет назад объект размером с Марс, известный как Тейя, столкнулся с ранней Землёй. В результате этого катаклизма в космос было выброшено огромное количество обломков, которые впоследствии объединились и сформировали Луну.

Согласно современным теориям, Луна образовалась вскоре после рождения Солнечной системы. Её формирование началось с масштабного столкновения ранней Земли и протопланеты Тейи. В результате удара на орбиту вокруг Земли вылетели обломки, которые в конечном итоге объединились и образовали Луну. Существует множество доказательств, подтверждающих эту теорию, главным образом, состав мантии Земли и лунных пород.

В статье, опубликованной Стивеном Леппом и его командой из Университета Невады, исследователи изучили динамику материала, выброшенного в результате удара. Вскоре после образования Луны она вращалась вокруг Земли на расстоянии около 5% от её нынешнего значения (среднее расстояние — 384 400 км). Постепенно, из-за приливных эффектов между Землёй и Луной, она отошла от на свою нынешнюю высоту.

Поверхность нашего спутника в основном состояла из расплавленной магмы, которая постепенно остывала и затвердевала, образуя знакомую нам сегодня кору, мантию и ядро. Интенсивная бомбардировка оставила на лунной поверхности следы ударных впадин и кратеров, а вулканическая активность привела к медленному формированию лунных морей.

Художественное представление ранней Солнечной системы, где столкновение частиц в аккреционном диске привело к образованию планетезималей и, в конечном итоге, планет.
Источник: NASA / JPL-Caltech

Орбита Луны вокруг Земли приняла слегка эллиптическую форму с эксцентриситетом 0,0549. Она не является идеальной окружностью и движется на расстоянии от 364 397 км до 406 731 км от Земли.
В ранние годы существования системы Земля-Луна система была не столь стабильной, а частицы в аккрецирующей Луне совершали более хаотичные путешествия. Одним из терминов, описывающих эволюционирующие орбиты, является узловая прецессия (где пересечения орбит медленно движутся вокруг орбиты). Существует два типа узловой прецессии, и первый относится к тому, что частицы на орбите медленно прецессируют вокруг вектора углового момента системы Земля-Луна. Другой случай происходит вокруг сильно эксцентричных двойных систем, когда наклон орбитального объекта велик.

Команда Леппа показала, что из всех возможных орбит наиболее стабильными являются те, что находятся на полярных орбитах. Они пошли дальше и показали, что такие орбиты существовали вокруг двойной системы Земля-Луна после образования Луны.

По мере того, как расстояние между Землёй и Луной постепенно увеличивалось из-за приливных взаимодействий, область пространства, где могли существовать полярные орбиты, уменьшалась. Сегодня, когда Луна находится на своем нынешнем расстоянии от Земли, не существует стабильных полярных орбит, поскольку преобладает узловая прецессия, вызываемая Солнцем.

Группа учёных пришла к выводу, что присутствие полярно-орбитального материала может способствовать росту эксцентриситета двойной системы, такой как Земля и Луна. Если бы значительное количество материала попало на полярную орбиту, то эксцентриситет системы Земля-Луна увеличился бы.

Это исследование предоставляет новые данные о формировании и эволюции системы Земля-Луна, что может помочь лучше понять процессы, происходившие в ранней Солнечной системе.