Дитя Тейи

Впрочем, начнем издалека. Что же вообще такое спутники планет? Ими называют любые тела естественного или искусственного происхождения. Советский аппарат «Спутник-1», Луна, все 79 «соседей» гиганта-Юпитера – все это спутники. В целом можно сказать, что спутники планетам не нужны – они прекрасно справятся и без них. Но поскольку спутники формируются в результате цепочки случайных событий, они могут оказывать влияние на своих «хозяев». Так случилось и с Луной (подробнее об этом читайте в статье «Тайный спонсор»). Есть еще квазиспутники – объекты (чаще всего астероиды), которые не вращаются вокруг своих планет постоянно, как Луна, но сближаются с ними время от времени. Некоторые из них умудряются вращаться вокруг сразу нескольких планет. Орбита квазиспутников нестабильна, поэтому есть опасность столкновения.

Именно такой квазиспутник в свое время стал причиной появления Луны. Правда, то был не астероид, а планета Тейя размером немного меньше Марса. Столкновение с ней, по оценкам ученых, произошло 4,5 млрд лет назад, примерно через 50 млн лет после того, как образовалась Земля. На последних этапах формирования юную Землю в буквальном смысле бомбило – крупными астероидами, из которых впоследствии она и сформировалась. Орбиты планет тогда были неустойчивы и вращались хаотично, поглощаемые друг другом. Земле повезло – она была довольно велика, чтобы выстоять в безумном танце. К счастью для Земли, удар Тейи прошел почти по касательной – в противном случае от нашей планеты остались бы рожки да ножки. Куски растерзанной Тейи и частично Земли попросту выбросило в космос. Из этих обломков и сформировалась Луна, а нашу планету натурально перекосило: земная ось сместилась. Благодаря чему появились времена года, которых нет на многих других планетах, где царит один и то же «сезон» круглый год.

Почему же подобный «большой бух» не происходит ни с одной планетой Солнечной системы сегодня? Не те времена! Период формирования Земли и других планет был похож на «лихие девяностые», Солнечная система только что сформировалась из протопланетного диска из пыли и газа, вращающегося вокруг молодой звезды. Образование планет происходит из-за неоднородности вещества в таком диске – наиболее плотные участки начинают притягивать менее плотные, и так формируются планетезимали, а затем и планеты.

ПОСЛЕДСТВИЯ КОСМИЧЕСКОГО ДТП

В результате столкновения с Тейей наша планета раскрутилась, как бумеранг — сутки на ней длились всего пять часов, а год вмещал 1750 коротких дней. Луна же в те годы выглядела в 16 раз больше Солнца и находилась на 16 тыс. км ближе к Земле, занимая в 250 раз большую площадь на небе, чем в наши дни. Понятно, что при этом она отражала гораздо больше солнечных лучей – при лунном свете тогда можно было читать, как сегодня в белые ночи. Зато не получилось бы увидеть ни звезд, ни планет – слишком уж ярким было свечение.

Рождение Луны. Иллюстрация: Javier Zarracina/NASA, vox.com

А времена были «необузданными» не только для Земли, вращающейся, как фигуристка, но и для Луны, которая тоже гораздо быстрее совершала оборот вокруг нашей планеты – за 3,5 суток (а не 29,6, как сегодня). И поскольку гигантский диск Луны часто закрывал собой Солнце, солнечные и лунные затмения были гораздо более частым явлением, чем сейчас. Но главное – Землю беспрестанно терзали сумасшедшие по силе приливы и отливы, вспучивая поверхность обоих небесных тел и разогревая без того кипящую магму.

Союз Луны и Земли считается уникальным в Солнечной системе. И не только в ней – возможно, он уникален даже в галактическом масштабе. Все из-за соотношения размеров нашей планеты и ее спутника. Ночное светило – пятый по величине спутник в Солнечной системе, все остальные крупные спутники вращаются лишь около планет-гигантов: Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Ни одна планета земной группы – Меркурий, Венера, Марс – не имеет таких больших спутников. «Сотоварищи» Марса – Фобос и Деймос – просто два астероида размером с город, которые, вероятно, были притянуты гравитацией Красной планеты. Спутники же газовых гигантов, хоть и внушительны по размерам, но выглядят крошечными на фоне своих «хозяев». Ученые полагают, что они образовались из остатков пыли и газа в процессе формирования Солнечной системы. А что же Луна?

Луна первоначально находилась очень близко к Земле, как показано на этой схеме. И Земля, и Луна были более горячими после гигантского столкновения, отсюда и непривычный цвет объектов. Луна также казалась в 16 раз больше, чем кажется сегодня. Сравнение размеров – в правом нижнем углу. Иллюстрация: Debra M. Hurwitz, David A. Kring, lpi.usra.edu

Гипотеза ее появления в результате столкновения с Тейей хорошо объясняет противоречие с размерами – спутник сформировался из осколков планеты, а не просто пыли, газа или астероидов, оттого он такой большой. Но гипотезу считают основной не только поэтому. Главной она стала после изучения образцов лунного грунта, доставленного знаменитыми «Аполлонами». Выяснилось, что состав Луны значительно отличается от земного: ее грунт менее плотный, там почти нет летучих соединений, которые в избытке представлены на Земле. Это означает, что поверхность спутника подверглась спеканию либо взрыву, из-за чего все летучие вещества были уничтожены. Поэтому на Луне очень сухо.

Еще одним доводом в пользу предположения о столкновении с Тейей стал кислород (вернее, распределение его изотопов), обнаруженный на Луне в результате тех же американских миссий. Известно, что соотношение разных видов кислорода (что связано с числом протонов в ядре элемента) различается на разных планетах в зависимости от их удаленности от Солнца. Пропорции кислорода в лунном грунте почти такие же, как на Земле. Это означает, что оба небесных тела сформировались примерно на одном и том же расстоянии от нашей главной звезды.

Гипотезу столкновения с Тейей называют моделью мегаимпакта, и она, как мы уже сказали, сегодня считается основной. Ее выдвинули планетолог Уильям Кеннет Хартман и его коллега Дональд Дэвис в 1975 году. Но есть и другие версии, входящие в группу так называемой «большой тройки». До полетов «Апполонов» эти гипотезы были главными.

Первую называют гипотезой центробежного отделения. Джордж Говард Дарвин (да-да, сын того самого Дарвина) сформулировал ее в 1878 году. Суть такова: когда-то Земля вращалась с такой бешеной скоростью, что под воздействием центробежных сил стала вытянутой, и от нее в буквальном смысле отделился здоровенный ломоть. Из него якобы и сформировалась Луна. Сторонники версии даже называли предположительное место «отделения» – бассейн Тихого океана. В пользу этой гипотезы говорят огромный размер спутника и рыхлость лунного реголита – она примерно такая же, как у земной мантии. А еще то, что Луна всегда повернута к нам одной стороной, то есть ее вращение синхронно вращению Земли.

Но есть серьезные доводы против мнения Дарвина. Современное компьютерное моделирование показывает: чтобы отделение такого куска было возможным, скорость вращения нашей планеты должна была быть чрезвычайно высокой. Продолжительность суток при этом была бы примерно равна часу, а нынешний момент импульса системы Земля-Луна был бы сильно превышен. Откуда он мог взяться и куда потом исчез – непонятно. Другие нестыковки: разное содержание летучих веществ на Земле и Луне, о чем мы говорили выше, и, наконец, тот факт, что современный Тихоокеанский бассейн образовался всего около 70 млн лет назад, а вовсе не 4,5 млрд.

Вторая версия носит название гипотезы захвата. Ее выдвинул в 1909 году американский астроном Томас Джефферсон Джексон Си, полагая, что «царица ночи» появилась в каком-то другом месте Солнечной системы, а затем под воздействием неизвестных событий «сошла» с собственной орбиты и перешла на земную. Там-то она и была «захвачена» гравитацией нашей планеты. В пользу этой идеи, как ни странно, говорят мифы и легенды разных народов, которые повествуют о временах, когда на небе якобы не было ночного светила. А еще доводы опытно-конструкторского бюро имени Сергея Королева, специалисты которого предположили: поскольку у Луны нет атмосферы, на ее поверхности за миллиарды лет скопилось бы несколько метров пыли. Но ничего подобного астронавты не увидели. И если бы Луна случайно «проезжала» мимо Земли, сформировавшись в другой части газопылевого облака Солнечной системы и сойдя с орбиты, то она должна была бы обладать высокой скоростью. Земле было бы просто не под силу удержать столь крупную гостью.

И, наконец, третью версию называют гипотезой совместной аккреции. Ее выдвинул сам Иммануил Кант в далеком 1755 году. Он считал, что вообще все небесные тела образовались из-за сжатия пылевого облака, а Луна и Земля сформировались вместе, из одного пылевого сгустка: сначала Земля, а из оставшегося вещества – Луна. Но и эта идея с треском провалилась – помешала все та же разница в составе земных и лунных пород. Не объясняет теория и наклона земной оси, и большой момент импульса Земли и Луны.

Есть и менее популярные мнения. Например, гипотеза многих лун заключается в том, что ночное светило образовалось из нескольких мелких спутников. Гипотеза испарения предполагает, что бомбардировка метеоритами сильно разогрела Землю, и часть ее вещества испарилась в космос, а позже сформировалась в спутник. В 2007 году физик Николай Горькавый выдвинул новую гипотезу метеоритной бомбардировки. По его мнению, Земля теряла свою массу постепенно – в результате ударов астероидов. Это дает ответ на вопрос, почему при столкновении с Тейей не испарились земные запасы воды и откуда вода взялась на полюсах Луны (ведь она должна была выкипеть при столкновении). Тем не менее, гипотезу российского ученого пока поддержали только в нашей стране и в Израиле. Точного ответа на вопрос «Как появилась Луна?» мы пока не знаем, и эта загадка – одна из самых захватывающих во Вселенной.