Следствие по делу о Луне

Эзотерики всех времен приписывали Луне мистические свойства, ее считали божеством многие народы мира. Для астрономов пара Земля — Луна тоже долго была загадкой. Теперь, когда Луну исследовали десятки автоматических аппаратов, посещали астронавты, кажется, ученым известно о ней все. Но по-прежнему нет главного ответа: откуда взялась она сама, столь похожая и в то же время не похожая на Землю.

Следствие по делу о Луне началось в XVIII веке, когда была сформулирована первая научная гипотеза о происхождении Солнечной системы. Еще в 1734 году мистик Эмануэль Сведенборг описал происхождение планет и звезд из вещества, исходящего от Солнца. А в 1755 году философ Иммануил Кант в своей космогонической теории предположил, что туманные диски, которые видны в телескоп, могут быть планетными системами в стадии формирования.

Спустя сорок лет математик, физик и астроном Пьер-Симон Лаплас придал идее Канта научный облик. Первичная туманность должна, по Лапласу, сначала иметь форму вращающегося сферического пылевого шара. По мере ускорения вращения она становилась дискообразной, появлялись полосы, а затем из них формировались планеты. Кольца Сатурна он приводил как зримую иллюстрацию этого процесса.

XVIII век — время догадок и прозрений. Но вопрос, откуда взялась Луна, так и остался без ответа.

Впервые на него в конце XIX века попытался ответить Джордж Говард Дарвин, астроном и математик, сын Чарльза Дарвина.

Дарвин-младший считал, что сразу после своего рождения Земля вращалась очень быстро. Сутки длились около трех-четырех часов. При этом период колебаний, вызванных приливным (гравитационным) воздействием Солнца, оказывался очень близок к этому быстрому вращению. Совместное действие тяготения Солнца и высокой скорости вращения Земли могло войти в резонанс. В результате, полагал Дарвин, на Земле вырос гигантский горб, она стала похожей на грушу. В конце концов, верхушка груши оторвалась и стала Луной. Позже, в 1892 году, британский священник и геолог Осмонд Фишер предположил, что гигантская впадина Тихого океана и была местом отрыва Луны.

В 1930 году математик Гарольд Джеффрис доказал, что при формировании гравитационного «горба», скорость вращения нашей планеты автоматически снижалась и никакого отрыва произойти не могло. Но вплоть до 1936 года в детских, например, образовательных радиопрограммах в США рассказывали, что Луна — это оторванный от тела Земли ломоть.

На четверть века в развитии гипотез о происхождения Луны воцарилось затишье. Только в 1950-е годы на смену «теории отрыва» пришла «теория захвата». Идею «захвата» быстро приняли в научных кругах. Ее авторы, Гарольд Юри и Хорст Герстенкорн — предположили, что Луна сформировалась самостоятельно, где-то в другом районе Солнечной системы. И только потом была захвачена притяжением Земли.

Эта теория выглядела куда основательнее прежних. Предполагалось, что Луна — некий космический реликт — первичное тело, оставшееся с самых ранних стадий формирования Солнечной системы. Но авторам теории никак не удавалось объяснить почти круговую форму лунной орбиты: научные постулаты утверждали, что у захваченного тела орбита должна быть похожа на эллипс. Критики «захвата» говорили и том, что вероятным исходом сближения космических тел становится не захват слабого сильным, а либо столкновение, либо изменение орбиты. А чтобы попасть на орбиту вокруг нашей планеты, Луне необходимо было очень точно прицелиться.

Свой вариант «захвата» предложили немецкий геолог Альфред Вегенер, автор идеи движения материковых тектонических плит, и американский геолог Гров Джильберт. Они считали, что прихваченных Землей «лун» на самом деле было несколько, и позднее они все «слепились» в одну. Многочисленные кратеры на поверхности Луны — это следы последних стадий этого катаклизма.

И так продолжалось вплоть до начала новой эпохи — когда Луну начали исследовать с помощью автоматических аппаратов: едва ли не половина специалистов исповедовали «теорию захвата».

Программа «Аполлон» и возможность исследовать настоящий лунный грунт породили новые надежды. Все было бы просто (насколько это возможно с космическими телами), если бы Луна была подобна астероидам. То есть неким первичным кускам вселенской материи. Однако вещество «зрелых» планет резко отличается от этой первичной субстанции. Это стало ясно из проб, полученных с Луны. Их состав — по сравнению с составом, к примеру, Челябинского метеорита, — сильно изменен. Как изменен и состав марсианских планетных метеоритов, поскольку и лунная, и марсианская материи, видимо, пережили процессы геологической обработки, «переплавки» в недрах планеты.

Короче, и этот этап следствия по делу о Луне не оправдал надежд. Исследование лунных образцов, сейсмическое зондирование, картирование гравитационного поля Луны, съемка ее обратной стороны (которая, как оказалось, сильно отлична от видимой ее стороны) — все это породило лишь новые вопросы. Выяснилось, например, что химический состав лунного грунта очень похож на состав земных пород. Похож настолько, что гипотезу рождения Луны где-то далеко от Земли надо бы отбросить. Но смущало, что количество лунного железа значительно меньше земного — всего 3 % от ее массы.

В 1975 году американских ученые Уильям Хартманн и Дональд Дэвис, опираясь на работы советского ученого Виктора Сафронова из Института физики Земли, предложили новую гипотезу «гигантского удара» или «гигантского импакта», которая сейчас считается почти что общепринятой.

Она состояла в том, что около 4,5 млрд лет тому назад крупное тело, «эмбрион» планеты размером с Марс, столкнулся с нашей планетой по касательной на скорости примерно 13 км в секунду. Энергия столкновения была такой, что в космос могло было быть выброшено примерно две лунные маcсы. Это произошло в тот момент, когда у Земли уже сформировалось железное ядро, поэтому в космос было выброшено вещество, лишенное железа. Из вещества стали быстро уходить летучие элементы — они растворились в космическом пространстве. А то, что осталось, и стало Луной, такой, какой мы ее знаем.

«Эта модель имеет важный философский аспект, — писали Хартманн и Дэвис. — Всегда существовали сложности при попытках объяснить все разнообразие свойств систем спутников планет в рамках единой эволюционной теории. Юпитер и Сатурн обладают как бы своими «миниатюрными» солнечными системами. Земля — «двойная» планета, у Марса только два крохотных спутника, у Венеры и Меркурия спутников нет…» По мнению Хартманна и Дэвиса, такую разнородность трудно объяснить последствиями эволюции, скорее всего, она — результат «редких событий», к которым и относится «удар». Попросту — результат космической революции.

Возражения против идеи гигантского удара возникли, естественно, немедленно. Оппоненты интересовались: куда подевалось собственное вещество импактора, то есть ударника? Например, российские ученые во главе с академиком Эриком Галимовым из Института геохимии и аналитической химии им. Вернадского полагают, что теория «импакта» лишь множит сущности: Галимов настаивает, что процесс формирования Луны и Земли из общего газопылевого облака шел примерно так же, как процесс образования двойных звезд — они возникли одновременно из одного исходного вещества. Различия же в количестве железа в составе земного и лунного вещества — это результат того, что большое тело (зародыш Земли) притянуло к себе больше материи из матери-облака, чем меньшее по объему (зародыш Луны).

Но сторонники ударной гипотезы начали дальше «разматывать» цепочку вероятной космической революции. В частности, Эдвард Бэлбруно и Ричард Готт из Принстона попытались рассчитать, откуда могло появиться космическое тело, нанесшее «удар».

И здесь воображению ученых, исследующих тайны Вселенной, может позавидовать любой фантаст. Гипотетическую «ударницу» окрестили Тейей — по имени мифической титаниды, породившей богиню Луны — Селену. Расчеты ученых показали, что Тейя сформировалась на земной орбите в точках Лагранжа — так называют точки, где тяготение Земли и Солнца формирует гравитационные «колодцы». Таких точек всего пять и туда в начале формирования Солнечной системы, как вешние воды в низины, собирались мелкие планетные тела, «строительные блоки» будущих планет. Эти тела и присоединялись к гипотетической Тейе. И снова вопрос: если гипотеза верна, то в гравитационных «колодцах» должны были остаться «сестры» Луны, не успевшие присоединиться к прародительнице. Где они?

Шансы найти их весьма призрачны. Пока же ученые, используя методы математического моделирования, пытаются подобрать такой вариант столкновения некоего космического тела с Землей, который объяснил бы, почему Луна все же состоит в основном из земного вещества. И вот новая научная сенсация. В апреле этого года в журнале Nature была опубликована статья ученых из Израиля и Франции (группу возглавляет Шон Реймонд из Лаборатории астрофизики в Бордо): они попытались смоделировать такие варианты формирования Тейи, чтобы ее изотопный и химический состав был очень близок к составу Земли. Они отследили зоны роста планет с помощью компьютерного моделирования и обнаружили, что потенциальные «ударники» (импакторы) оказываются очень близкими по составу к своим потенциальным «жертвам». Это подтверждает идею рождения Луны в результате космического катаклизма.

Статья Nature вызвала восторг в стане сторонников теории столкновения космического тела с Землей. Но можно не сомневаться — сейчас посыпятся новые возражения. Понятно, что дело о происхождении Луны по-прежнему не закрыто. 

Фото: shutterstock.com, moon-formation bussle.com