Происхождение Луны
Происхожде́ние Луны́, космогоническая проблема образования естественного спутника Земли, окончательно не решённая до сих пор. На каждом принципиально новом этапе изучения Луны и системы «Земля – Луна» гипотеза, соответствующая новым научным данным, становится более предпочтительной.
Небулярная гипотеза
Наиболее ранняя научная гипотеза образования Луны совместно с Землёй в пределах туманности, из которой сформировалась вся Солнечная система, была предложена И. Кантом в его работе «Всеобщая естественная история и теория неба» (1755). Эти представления, которые позднее оформились в более широкую по содержанию небулярную гипотезу, получили своё дальнейшее развитие в трудах Э. Роша, широко известного исследованиями в области небесной механики. Рош в 1873 г. впервые дал математическое обоснование небулярной гипотезы, детально рассмотрев процесс формирования планет и их спутников. 
Схема формирования планет и спутников Солнечной системы из газово-пылевого облака.Наиболее детальную разработку гипотеза совместного образования Земли и Луны получила в исследованиях О. Ю. Шмидта и его учеников – В. С. Сафронова и Е. Л. Рускол. Гипотеза совместного формирования Земли и Луны в непосредственной близости друг к другу довольно просто объясняет идентичное соотношение содержания изотопов кислорода в составе их пород, однако не объясняет различие в средней плотности этих двух тел, а также дефицит железа и летучих элементов на Луне.
Гипотеза центробежного отрыва фрагмента Земли
В 1878 г. Дж. Дарвин предложил гипотезу, согласно которой Луна образовалась путём отделения от основной планеты – Земли. По этой версии, ранняя Земля представляла собой горячую жидкую массу, вращавшуюся с высокой скоростью. Под действием центробежной силы масса вытянулась так, что в зоне экватора от неё оторвалась часть вещества, после остывания превратившаяся в протолуну. В пользу этой гипотезы приводилось равенство плотности Луны и мантии Земли, расположенной между земной корой и внешней частью ядра, а также факт высокой скорости вращения нашей планеты в прошлом, подтверждённый рядом исследований. В качестве косвенного свидетельства в пользу этой версии указывалось место такого отрыва – ложе Тихого океана.
Гипотеза отрыва Луны от Земли.В рамках данной гипотезы хорошо объясняется современный размер Луны. Однако скорость вращения основного тела, которая теоретически требуется для центробежного отрыва спутника, должна быть больше подтверждённых значений (необходимо, чтобы Земля делала оборот вокруг своей оси за 1–2 часа). При этом требуемый момент импульса вращения Земли оказывается в 3–4 раза выше современного момента импульса системы «Земля – Луна». Такие высокие значения момента импульса у ранней Земли и его дальнейшее исчезновение не получается объяснить.
С данной гипотезой также не согласуются данные по содержанию летучих элементов: в лунном веществе оно имеет более низкие значения по сравнению с Землёй. К тому же, согласно современной теории тектоники литосферных плит, время существования ложа Тихого океана (такого, каким мы видим его сейчас) составляет около 70 млн лет, поэтому оно не могло образоваться в эпоху отрыва мантии от Земли.
Гипотеза гравитационного захвата
В 1909 г. Т. Си была опубликована (See. 1909) и некоторое время широко обсуждалась гипотеза захвата Луны гравитационным полем Земли. Согласно этой гипотезе, Луна сформировалась как независимое планетное тело Солнечной системы, а затем, в результате орбитальных возмущений со стороны соседних более массивных тел, перешла на эллиптическую орбиту, пересекающуюся с земной. Во время одного из последующих сближений с Землёй эта протолуна была захвачена полем тяготения Земли и превратилась в её спутник.
С одной стороны, большой момент импульса системы «Земля – Луна» может объяснить захват Луны гравитационным полем Земли, однако данные моделирования свидетельствуют об очень малой вероятности подобного события. Более вероятным было бы столкновение пролетающего небесного тела с Землёй или его отражение за пределы орбиты Земли. Чтобы Земля захватила Луну, необходимо, чтобы будущий спутник прошёл на расстоянии меньше предела Роша, но в этом случае, скорее всего, Луна была бы разрушена приливными силами.
Гипотеза мегаимпакта
Одна из наиболее современных гипотез происхождения Луны заключается в том, что спутник нашей планеты является фрагментом Земли, отделившимся от неё в результате гигантского столкновения с другим планетным телом (гипотеза мегаимпакта).
Впервые гипотезу гигантского столкновения выдвинули в 1975 г. известные исследователи в области изучения Солнечной системы У. Хартман и Д. Р. Дейвис (Hartmann. 1975. С. 504–515). Они предположили, что Луна образовалась в результате столкновения ранней Земли с небесным телом, имеющим размер примерно как у Марса. Этот гипотетический объект, иногда называемый Тейя (по имени одной из титанид – матери Гелиоса, Селены и Эос), возможно, сформировался в одной из точек Лагранжа (L4 или L5) системы «Земля – Солнце».
Фактами, подтверждающими эту гипотезу, являются малые содержания летучих элементов на Луне; небольшой размер её ядра, состоящего из сульфида железа; особенности, связанные с моментом импульса системы «Земля – Луна»; характеристики лунных образцов, позволившие установить, что в прошлом поверхность Луны была расплавленной; данные о похожих ударных процессах в других планетных системах. Но остались некоторые вопросы, не получившие объяснения в рамках этой гипотезы. Например, более низкие процентные содержания летучих элементов, сидерофильных элементов или окисей железа в образцах лунного грунта по сравнению с ожидаемыми. Также эта гипотеза предполагает наличие в прошлом на Земле глобальных океанов магмы, чему пока тоже нет доказательств.
Следует отметить, что полученные по результатам космической программы «Аполлон» данные, подтверждающие совпадение земного соотношения изотопов титана с соотношением в лунных образцах, требуют существующие модели образования Луны пересмотреть с учётом изотопной однородности. Было выдвинуто несколько модификаций гипотезы мегаимпакта, которые позволяют объяснить эту однородность. Среди них – предположения о большей массе Тейи (чем считалось до настоящего времени) или более продолжительном остывании Луны. Тем не менее в течение длительного времени эта гипотеза принималась в качестве основной.
Гипотеза одновременного образования
Гипотеза одновременного образования Луны и Земли из крупномасштабного газово-пылевого сгущения.К началу 21 в. стало понятно, что гипотеза мегаимпакта не может дать приемлемое объяснение более низкого лунного содержания летучих элементов по отношению к земному, в частности не согласуются данные по изотопному фракционированию, которое должно происходить во время испарения летучих компонентов после столкновения. В связи с этим в 2005–2010 гг. группой российских учёных во главе с Э. М. Галимовым разработана гипотеза одновременного образования Луны и Земли из крупномасштабного газово-пылевого сгущения, размер которого был ограничен радиусом сферы Хилла, т. е. составлял приблизительно 1 млн км (Галимов. Образование Луны и Земли ... 2011).
Сжатие этого супрапланетного газово-пылевого образования привело к адиабатическому повышению температуры его внутренних частей и испарению с поверхности частиц летучих компонентов, в том числе содержащих железо. Таким образом, предложенная Э. М. Галимовым и др. гипотеза формирования Земли и Луны в результате фрагментации общего протопланетного газопылевого скопления представляется удовлетворительной как с геохимической, так и с динамической точки зрения.
Компьютерное моделирование фрагментации газово-пылевого сгущения, из которого образовались Земля и Луна. Иллюстрация из статьи: Галимов Э. М. Образование Луны и Земли из общего супрапланетного газо-пылевого сгущения (Доклад на XIX Всероссийском симпозиуме по геохимии изотопов 16 ноября 2010 г.) // Геохимия. 2011. № 6. С. 568.По мере продолжающихся исследований Луны и получения новых результатов представления о её происхождении постоянно обновляются. На основе последних данных радиочастотного прибора Mini-RF, установленного на борту космического аппарата Lunar Reconnaissance Orbiter, исследователи пришли к выводу, что недра Луны могут быть значительно богаче металлами, такими как железо и титан, по сравнению с более ранними представлениями. В июле 2020 г. опубликованы результаты новых определений возраста Луны (A long-lived magma ... 2020). Оказалось, что спутник Земли образовался 4,425 ± 0,025 млрд лет назад, т. е. примерно на 85 млн лет раньше, чем предполагалось. Новые исследования показывают также, что океан магмы в недрах Луны существовал более продолжительное время, чем считалось ранее, примерно на 200 млн лет.