Наука Плоского мира - Йен Стюарт

Мы знаем, что Луна по всем своим параметрам сильно отличается от Земли. Гравитация Луны слабее, и если бы у нее была атмосфера, она не смогла бы ее удерживать. Так что сейчас никакой атмосферы там нет. Поверхность Луны – это сплошной камень, покрытый каменной же пылью. Морей нет, поскольку вода, испаряясь, тоже легко преодолевает ее гравитацию. Впрочем, в 1997 году НАСА обнаружило заметное скопление водяного льда на лунных полюсах, в тени кратеров, куда не достигают лучи Солнца. Это хорошая новость для будущих лунных колоний, которые станут базой для дальнейшего исследования Солнечной системы. В самом деле, начинать такую миссию лучше всего с Луны, для старта с которой космическим кораблям потребуется намного меньше топлива. Чего не скажешь о Земле, сила притяжения которой гораздо больше. Выбрать столь неудобное место для эволюционирования… Это так характерно для нас, людей!

Но как же появилась Луна? Может, сформировалась из первичного газопылевого облака вместе с Землей? Или сконденсировалась независимо от нее, а потом была поймана гравитацией планеты? Что такое лунные кратеры? Остывшие вулканы или следы от врезавшихся в Луну небесных тел? О Луне мы знаем намного больше, чем о других объектах Солнечной системы, потому что мы там были. В апреле 1969 года Нил Армстронг шагнул на ее поверхность, пробормотал несколько слов и… вошел в историю. С 1968 по 1972 год десять американских кораблей из серии «Аполлон» слетали к Луне и обратно. При этом «Аполлоны» 8, 9 и 10-й вообще не были приспособлены к посадке. «Аполлон‑11» совершил первое прилунение, а 13‑й сесть не смог, взорвавшись в полете и став протагонистом замечательного фильма.

«Аполлоны» под номерами с 11 по 17‑й совершили посадки и вернулись на Землю, доставив в общей сложности 800 фунтов (400 кг) лунного грунта. Бо́льшая его часть находится в Хьюстоне, в лаборатории Космического центра имени Линдона Джонсона НАСА. Значительная часть лунного грунта никогда серьезно не анализировалась, однако те образцы, которые исследовались, дали нам множество сведений о происхождении и природе Луны.

Луна находится от Земли на расстоянии примерно в четверть миллиона миль (400 000 км). В среднем ее плотность чуть меньше, чем у Земли, и приближается по значению к плотности земной мантии, – вполне возможно, это не случайное совпадение. Несмотря на незначительные колебания, Луна всегда повернута к Земле одной и той же стороной. Темные пятна на ее поверхности называются «морями», хотя никакие это не моря, конечно, а просто пыльные каменные равнины, бывшие когда-то потоками жидкой лавы, вытекшей из вулканов. Почти все кратеры являются следами от врезавшихся в Луну метеоритов. Их великое множество, потому что в космосе – великое множество камней, а у Луны нет атмосферного щита, в котором они сгорали бы от трения. Нет на Луне и климатических явлений, воздействие которых могло бы сровнять кратеры с поверхностью. Тогда как земная атмосфера прекрасно нас защищает, хотя геологи отыскали 160 ударных кратеров, что весьма интересно, поскольку они исчезают в результате эрозии под действием ветра и дождя. Мы еще к ним вернемся, когда будем писать о динозаврах.

Сейчас Луна всегда обращена к нам одной стороной. Это означает, что период ее обращения вокруг своей оси составляет один месяц, то есть ровно столько, сколько ей требуется для одного оборота вокруг Земли. (Если бы Луна вообще не вращалась, она всегда бы смотрела в одну сторону, но не по отношению к Земле. Представьте, что кто-то ходит вокруг вас по кругу, все время глядя, скажем, на север. Он не всегда будет оказываться к вам лицом, напротив, вы сможете рассмотреть этого человека со всех сторон.) Однако Луна не всегда была обращена к Земле одной стороной. За сотни миллионов лет приливные силы замедлили вращение и Луны, и Земли. Когда вращение Луны синхронизировалось с ее обращением вокруг Земли, система наконец стабилизировалась. Прежде Луна находилась немного ближе к Земле, но с течением времени она отодвинулась подальше.

В период между XVII и XX веком были сформулированы три теории происхождения Луны, последовательно входившие в моду и забывавшиеся. Сторонники первой считали, что Луна образовалась в одно время с Землей, в процессе конденсации газопылевого облака, сформировавшего Солнечную систему (Солнце, планеты, их спутники – словом, все одним махом). Но, как и остальные теории происхождения Солнечной системы, эта «срезалась» на угловом моменте: Земля, как и Луна, вращается слишком быстро, чтобы считать Луну порождением газопылевого облака. (Заметим, ранее мы ввели вас в заблуждение, утверждая, что теория газопылевого облака объясняет происхождение спутников. Она объясняет происхождение большинства из них, но вовсе не нашей загадочной Луны. Сейчас пришло время отложить в сторону «враки детям» – вы уже готовы к следующему уровню сложности.)

Вторая теория считает Луну куском, отколовшимся от Земли в те времена, когда планета была совершенно расплавленной и вращалась много быстрее. Эта отправилась в мусорное ведро потому, что никто так и не смог объяснить, каким путем что-то, хотя бы отдаленно соответствующее Луне, может отделиться от вращающейся расплавленной Земли, даже если подождать, пока все это немного остынет.

Согласно третьей теории, Луна сформировалась в другой области Солнечной системы и блуждала себе, пока не попала в гравитационный захват Земли. Эта точка зрения была очень популярной, несмотря на то что гравитационный захват – чрезвычайно тонкая операция: представьте, что вы должны так ловко стукнуть по мячику для гольфа, чтобы он стал вращаться по краю лунки. Обычно же или мячик падает внутрь (то есть Луна сталкивается с Землей), или, к огорчению гольфиста, на миг попадает внутрь, а потом вылетает обратно (Луна уходит, вырвавшись из гравитационного захвата).

Образцы породы, доставленные «Аполлонами», лишь подлили масла в огонь тайны происхождения Луны. По некоторым характеристикам, лунные камни похожи на земные. Если бы они были похожи больше, можно было бы сделать вывод об общности их происхождения, и мы могли бы под иным углом взглянуть на теорию, согласно которой оба небесных тела сконденсировались из одного и того же пылевого облака. Однако лунные камни похожи только на земную мантию. Современная концепция, сформулированная в 80‑х годах прошлого века, полагает, что Луна – это осколок земной мантии, отделившийся от нее не в процессе вращения, а в результате того, что около четырех миллиардов лет назад ее задело гигантское небесное тело, сравнимое по размеру с Марсом. Компьютерные расчеты показывают, что подобное столкновение при определенных условиях может оторвать от Земли большой кусок мантии и словно бы размазать ее в окружающем пространстве. На все про все потребуется около 13 минут. (Классные у нас компьютеры, не правда ли?) Затем выброшенная расплавленная мантия начинает собираться в кольцо камней различных размеров. Некоторые из них конденсируются в огромные глыбы, своеобразную прото-Луну, к которой быстро притянется большая часть остальных камней. Излишки тоже не исчезают так просто, но в течение ста миллионов лет почти все врезаются в Луну или Землю, притянутые их гравитацией.

Первые модели, пытавшиеся доказать эту теорию, имели один общий недостаток: в частности, для получения реального углового момента Луны они датировали столкновение очень ранними этапами формирования Земли. Но если бы катастрофа произошла так давно, то и Луна аккумулировала бы в результате дальнейших столкновений большое количество железа, как это случилось с Землей. Но ни на поверхности Луны, ни в ее недрах железа почти нет. Позднейшие работы показали, что и более поздняя датировка времени столкновения может сохранить нужный угловой момент Луны и избежать этой проблемы. Согласно им, около 80 % врезавшегося в Землю небесного тела должно было стать Луной. Для того чтобы Луна походила на земную мантию, это гипотетическое тело также должно было обладать мантией, подобной наземной.

Однако такое направление уводит в сторону, потому что сама теория столкновения создавалась в первую очередь для объяснения сходства двух небесных тел. Любая теория, требующая объяснения того, почему «нападавший» был похож на земную мантию, типа «небесное тело сформировалось на том же расстоянии от Солнца, что и Земля», может быть с успехом применено и к самой Луне без привлечения дополнительных сущностей. Может быть, и Луна, и земная мантия были вырваны чем-то откуда-то еще в результате какого-то другого столкновения.

Поскольку на Земле имеется такой феномен, как погода (а в ее прошлом вот уж была погода так погода!), все ударные кратеры подверглись эрозии и исчезли. На Луне погодных явлений нет, и почти все лунные кратеры остались на своих местах. Привлекательность этой теории еще и в том, что она одним ударом объясняет все странности Луны: сходство с земной мантией; тот факт, что четыре миллиарда лет назад, судя по всему, ее поверхность резко и сильно нагрелась; наличие кратеров; размер, вращение, даже «моря», образовавшиеся в результате медленного охлаждения прото-Луны. На ранних этапах своего существования Солнечная система была не слишком приятным местом.