Книга: 100 великих загадок астрономии

Как родилась Луна?

Как родилась Луна?

Вплоть до начала 2000-х годов рассматривалось несколько основных сценария происхождения Луны.

Наша «небесная соседка» могла сформироваться из того же газопылевого облака, что и Земля. Эту идею отстаивала, например, советская исследовательница Евгения Рускол. Луна и Земля возникли одновременно, образовав двойную планетную систему. Но почему тогда рядом с Марсом и Венерой не появилось своей Луны? Непонятна и аномалия железа: Земля содержит почти 35 % железа, Луна – всего 5 %. На Луне почти нет легкоплавких металлов. Очень заметно разнятся плотности обеих планет. Для Луны этот показатель составляет 3,3 грамма на кубический сантиметр, а для Земли – 5,5.

По другой гипотезе, Луна могла оказаться крупным астероидом, который случайно сблизился с Землей и был захвачен ею. В 1962 году такое предположение выдвинул американский геофизик Гарольд Юри. Однако сама по себе вероятность такого захвата почти равна нулю. Еще страннее было объяснить, почему изотопный состав лунных пород, – а в середине 1960-х – начале 1970-х годов советские автоматические станции и американские астронавты доставили на Землю большое число образцов лунного грунта, – так схож с составом верхних слоев нашей планеты. Именно эта схожесть убедила ученых в том, что происхождение Луны и Земли одинаковое.

Луноход-1?– первый советский исследовательский робот. Был доставлен на поверхность Луны 17?ноября 1970?г.

Вот и третий сценарий. Луна «отделилась» от Земли после столкновения нашей планеты с другим крупным небесным телом. Теперь большинство астрономов склоняются именно к этой гипотезе. На момент катастрофы Земля (точнее говоря, Протоземля) достигла 90 % своих нынешних размеров. Она уже обладала железным ядром, как и неизвестная планета, столкнувшаяся с ней. Большая часть ядра этого «космического молота» слилась с ядром Земли. А вот мантия и кора были отброшены после этого удара и, оказавшись на околоземной орбите, постепенно соединились друг с другом, образовав новую планету – Луну, которая расположилась на расстоянии в 20–30 тысяч километров от поверхности Земли. Значительная часть земной коры также была снесена этим ударом и пошла на «строительство» Луны. Это случилось 4,527 миллиарда лет назад.

Впервые гипотезу «Большого удара» независимо друг от друга выдвинули в 1975–1976 годах две группы американских астрономов: Уильям Хартман и Дональд Дэвис из Института планетарных исследований в Тусоне (Аризона), а также Альфред Камерон и Уильям Уорд из Гарвардского центра астрофизики (Массачусетс). Они обосновали ее разными способами, но в итоге пришли к очень схожему результату.

В 1980-е годы этот необычный сценарий стал завоевывать популярность, поскольку все больше фактов говорило о том, что Земля вскоре после своего рождения столкнулась с небесным телом величиной с Марс. Например, это объясняло, почему Луна содержит так мало железа. Разбившаяся планета в конце концов получила название Тейя (Фея).

Столкновение двух крупных небесных тел было поистине катастрофой космических масштабов. Поверхность нашей планеты, раскалившись до 4 тысяч градусов, превратилась в кипящее месиво. Сразу после удара Земля в течение часа светилась ярче Солнца. Огромное облако пыли взметнулось над ней; постепенно оно сгущалось, сливаясь с обломками Тейи. Из этой пыли, из этих бесчисленных глыб и камней и образовалось новое небесное тело – Луна.

Появившаяся в начале 2000-х годов компьютерная модель (ее автор – американский астрофизик Робин Кануп) свидетельствовала, что Земля во многом выиграла от той коллизии, не только «приобретя» Луну, но и значительно увеличившись в размерах. Железное ядро Тейи пронзило поверхность нашей планеты и слилось с земным ядром. Что же касается Луны, то расчеты показывали, что она могла возникнуть из обломков Тейи за несколько сотен, в крайнем случае, тысяч лет.

В то время ее поверхность представляла собой океан расплавленной магмы. Постепенно он остыл. Под действием гравитации вещество Луны перемешалось, и она оказалась затянута корой из легких минералов. Более тяжелые породы, содержащие железо и магний, опустились в ее недра, а такие легкоплавкие металлы, как натрий и калий, почти полностью испарились. Теперь Луна примерно на 80 % состоит из обломков той разбившейся планеты с небольшим добавлением материалов, «вырванных» с поверхности нашей планеты.

Очевидно, все это время в окрестности Земли и Луны кружило множество затвердевших глыб. Они еще долго падали на поверхность обеих планет. По оценке Дэвида Кринга из Аризонского университета и Барбары Коэн из Гавайского университета, только на Земле должно было образоваться до 22 тысяч кратеров диаметром более 20 километров. По меньшей мере сорок из них должны были иметь диаметр свыше 1000 километров, а несколько – свыше 5000 километров. Впрочем, вследствие происходивших на нашей планете геологических процессов – движения литосферных плит, а также эрозии – все эти кратеры давно исчезли с поверхности Земли.

Однако и эта гипотеза не могла сразу объяснить некоторые особенности химического состава Луны, например, очень заметное сходство между изотопами кислорода, встречающимися как на нашей планете, так и на Луне. Чем вызвано это совпадение, если Луна состоит в основном из вещества другой, разбившейся когда-то планеты? Эрнст Вайхерт из Политехнического института в Цюрихе предположил, что неизвестная планета по своему химическому составу была схожа с Землей, поскольку сформировалась примерно на том же расстоянии от Солнца, что и Земля.

Но как это могло быть? Откуда взялась Тейя? Как могли в одной и той же части протопланетного облака образоваться две планеты, одна массой почти с Землю, другая – почти с Марс? Почему они не слились друг с другом гораздо раньше, неизбежно сближаемые силой гравитации? Где до поры до времени «пряталась» Тейя, укрываясь от притяжения Земли? Почему она разрослась до таких огромных размеров?

Расчеты, которые проделали недавно астрономы Джон Ричард Готт и Эдвард Бельбруно из Принстонского университета, подтвердили, что эта загадочная планета возникла почти на том же расстоянии от Солнца, что и Земля. Но долгое время «планеты-близнецы» не могли сойтись вместе. Дело в том, что в пространстве между Солнцем и Землей есть пять особых точек, в которых силы притяжения нашей планеты и Солнца взаимно уравновешиваются. Их местоположение рассчитал в 1772 году французский математик Жозеф Луи Лагранж. Небольшое небесное тело, попав сюда, будет долго кружить, не нарушая установившегося равновесия. Эти области пространства, образно говоря, называют «межпланетным Саргассовым морем».

В одной из таких точек и находилась Тейя. Однако по мере того, как планета росла, ее положение становилось все неустойчивее. К этому времени другие, более далекие от Солнца планеты превратились в гигантов. Они, особенно Юпитер, все сильнее притягивали Тейю. В конце концов гравитационные возмущения раскачали ее. Она устремилась к Земле. Столкновение было неотвратимо. Тейя медленно, но неуклонно – со скоростью порядка 14 тысяч километров в час – приближалась к Земле. В каждой четвертой компьютерной модели, созданной Готтом и Бельбруно, в результате столкновения возникало небесное тело величиной с Луну.

Луна уникальна еще и тем, что по своим размерам она вполне сопоставима с планетами земной группы. В принципе, мы живем на двойной планетной системе «Земля – Луна». Только одна из этих планет живая, а другая – мертвая, точно в сказке про живую и мертвую воду.