Луна. История будущего - Оливер Мортон

Иными словами, по своему составу Луна не казалась самостоятельной планетой. Она напоминала фрагмент земной мантии, который каким-то образом вылетел на орбиту, не имея никакого ядра.

Впервые о таком делении заговорил Джордж Дарвин, сын Чарльза Дарвина. Его интересовала задержка вращения Земли, вызванная приливными горбами, возникающими под действием Луны. Вращаясь под приливным горбом, который остается неподвижным, вызывая приливы и отливы в мелких морях и перемещая воды великих океанов, Земля постоянно теряет энергию из-за трения, в результате чего ее вращение замедляется, а поводок, на котором она держит Луну, становится длиннее.

Это объясняется сохранением момента импульса — свойства тел, или систем, которое зависит от распределения их массы и скорости вращения. Если масса сдвигается ближе к оси вращения тела, то при сохранении момента импульса вращение ускоряется, а если дальше от оси — замедляется. Недооцененным побочным эффектом научного прогресса можно считать тот факт, что фигурное катание, которое изначально практиковалось на замерзшем болоте у Кембриджа, чтобы продемонстрировать этот феномен[42], стало очень популярным видом спорта.

Изменить момент импульса можно лишь с помощью момента силы, то есть силы, прилагаемой со смещением относительно центра тела с целью изменить характер его вращения. В отсутствие момента силы, приложенного к системе извне, момент импульса системы остается неизменным.

Этот принцип применим к системе Земля — Луна, связанной гравитацией. Когда фигуристка расправляет руку, вращение ее тела замедляется. Таким образом, потеря энергии из-за приливов означает, что земные дни становятся длиннее, а в прошлом Луна, должно быть, находилась ближе. Рассчитав скорость ее удаления, Дарвин увидел, что около 54 миллионов лет назад два небесных тела были бы одним. На основании этого он сделал вывод о существовании единого тела, которое при очень быстром вращении раскололось надвое. Задолго до того, как это объяснили тектоникой плит, сторонники идеи Дарвина утверждали, что огромное, условно круглое углубление, ныне скрытое под водами Тихого океана, есть не что иное, как место, откуда была извергнута Луна[43]. Однако никто не мог понять, почему планета вообще раскололась.

Теория гигантского столкновения — именно так стали называть историю Тейи и Теллуса — давала внеземную предпосылку появления Луны, а также объясняла все то, что не могли объяснить другие теории. Согласно ей, фрагмент протоземной мантии с характерными изотопными отношениями вылетел на орбиту, не имея железного ядра. Он растянулся и расплавился, что привело к выжиганию всех летучих веществ, в результате чего получился обезвоженный продукт. Теория даже объясняла, почему у системы Земля — Луна был изначально высокий момент импульса. Ударив Теллус не по центру, Тейя приложила к нему огромный момент силы, создав планету, которая очень быстро закрутилась вокруг своей оси, и Луну, которая за миллиарды лет приливного торможения смогла замедлить ее вращение.

Сформулированная после миссий «Аполлонов» при участии Билла Хартманна, первым обратившего внимание на повсеместное распространение круглых ударных бассейнов, и Дона Дэвиса, который помог «Аполлону-13» без проблем вернуться на Землю, теория гигантского столкновения получила широкое признание в середине 1980-х годов. Ранние модели суперкомпьютеров, в ряде которых использовался код, написанный для изучения воздействия ядерного оружия, помогали обрисовать, что могло произойти, и картина получалась одновременно чарующей и подтвердительной. Однако основной залог успеха теории — ее огромная объясняющая способность и отсутствие серьезных конкурентов. Мысль о том, что Луна, пролетая мимо, оказалась втянутой на орбиту Земли, то есть гипотеза захвата, ни тогда, ни сейчас не могла рассматриваться без серьезных допущений, а также не объясняла сходство тел. Гипотеза совместного образования, гласившая, что тела сформировались вместе, объясняла их сходства, но не объясняла различия, в частности отсутствие ядра и летучих веществ на Луне. Она также не помогала понять, откуда возник момент импульса. Гипотезе разделения не хватало механизма для разделения одной планеты на две.

Более того, теория гигантского столкновения помогала объяснить одно из главных открытий, сделанных в рамках программы «Аполлон». В то время как темные равнины морей состояли из базальта, более светлые возвышенности состояли из анортозита — горной породы, в которой преобладает кальциевый плагиоклаз, минерал из группы полевых шпатов, пожалуй, лучше всего известный нам как светлые некварцевые вкрапления в гранитных кухонных панелях. Если взять горячую магму из земной мантии и позволить ей остыть при низком давлении, кальциевый плагиоклаз станет первым минералом, который кристаллизуется в твердое состояние[44].

Если Луна сформировалась из скопившихся на орбите осколков гигантского столкновения, то в начале жизни она была покрыта океаном магмы — горячим слоем жидкой породы глубиной в несколько сотен километров. (После столкновения Земля тоже должна была покрыться таким океаном магмы, но он, вероятно, был примерно в десять раз мельче и, возможно, занимал не всю поверхность, а только ее часть.) Остывая, океан замерзал не по нисходящей, как утверждал Несмит. Кристаллизация минералов началась на глубине, и первыми затвердели плагиоклазы. Они были легче окружающей их магмы, а потому всплывали бы на поверхность. Таким образом, океан магмы покрылся бы корой, в основном состоящей из кальциевого плагиоклаза.

Поскольку на Луне, которая была невелика и остывала быстро, не сформировался механизм избавления от коры, эта изначальная кора оставалась неизменной, если только не рушилась при столкновениях и не покрывалась более поздними, более темными базальтовыми породами. Возраст одного из образцов почти чистого плагиоклаза с возвышенности, привезенный астронавтами «Аполлона», составлял 4,46 миллиарда лет, то есть он был менее чем на 100 миллионов лет моложе Земли и Луны.

Однако при всей своей объясняющей ценности — не говоря уже о драматичности — в последнее десятилетие теория гигантского столкновения встретилась с рядом проблем. Последующие исследования лунных пород с использованием все более точных техник для выяснения все более мелких нюансов их изотопного состава показали, что они не просто в достаточной степени схожи с земными породами. В некоторых отношениях они практически идентичны им. В то же время более точные компьютерные модели столкновения продемонстрировали, что большая часть породы, оставшейся на орбите, должна была изначально принадлежать Тейе, а не Теллусу. Если учесть идентичные соотношения изотопов кислорода — а также проводимые сегодня очень точные и схожие оценки содержания изотопов других элементов, — то Тейя должна была состоять из пород, удивительно похожих на породы, из которых состоял Теллус. Если они были идентичны изначально, объясняющая сила теории об их столкновении притуплялась.