Планетарные кольца — одно из многих космических чудес, но в нашей Солнечной системе они не редкость. Хотя кольца Сатурна самые яркие и обширные, они есть и у Юпитера, Урана, и Нептуна. Более того, четыре ледяные малые планеты — Харикло, Хирон, Квавар и Хаумеа, которые обращаются среди или за пределами наших газовых гигантов, — также обладают системами колец.
Кольца, вероятно, — это остатки разрушенных астероидов или комет, и если вспомнить о турбулентности, которую Земля пережила около полумиллиарда лет назад, идея о существовавшей вокруг неё системе колец уже не кажется такой надуманной. Именно такую гипотезу выдвигают исследователи в статье, опубликованной в журнале Earth and Planetary Science Letters.
Если Земля прошла через одну «окольцованную» фазу, весьма вероятно, что их было несколько.
Примерно 466 миллионов лет назад (задолго до динозавров) резко возросла частота падения на Землю объектов, достаточно крупных, чтобы оставлять кратеры. Исследователи идентифицировали 21 ударный кратер, образовавшийся в этот период, диаметром от нескольких до 50 километров. А в осадочных породах того времени наблюдается огромное — в 100–1000 раз — увеличение концентрации элементов, связанных с определённой группой метеоритов, называемых L-хондритами. Этот период, средний ордовик, также включал экстремальное падение глобальной температуры примерно на 10 градусов по Цельсию, которое совпало с усилением сейсмической активности и цунами. Кроме того, массовое вымирание уничтожило 85% морских видов, после чего температура восстановилась. Чем можно это объяснить?
Авторы исследования под руководством геолога Энди Томкинса из Университета Монаша (Австралия) утверждают, что объяснить странности ордовикского периода можно, если предположить, что у Земли была система колец, захваченных у астероида. И если была одна такая фаза, то, вполне вероятно, их было несколько. И, к слову, другие каменистые планеты могли пройти через то же самое.
«Это открывает новый способ осмысления истории Земли», — написал Томкинс в электронном письме. Он и его коллеги сосредоточились на распределении кратеров на Земле во время всплеска столкновений в ордовике. Кратеры разбросаны по поверхности планеты, но её тектонические плиты, движение которых перемещает континенты, значительно сместились за последние 450 с лишним миллионов лет.
Исследователи определили, где на самом деле произошли удары, «перемотав назад» движение континентов с помощью компьютерных моделей перестройки земной поверхности. Оказалось, что все столкновения, образовавшие кратеры, произошли в узком поясе, центрированном на экваторе. Они собрали данные о современном расположении кратеров (по всему миру, особенно в районах, которые вряд ли были покрыты льдом в ордовике, так как лед мог бы препятствовать их образованию), а также учли регионы, где такие кратеры не могли быть найдены (из-за современного ледяного покрова, например, в Антарктиде), и где кратеры не могли сохраниться из-за таких процессов, как погребение и эрозия. Объединив все эти факторы, Томкинс и его коллеги подсчитали, что случайное распределение ударов по поверхности Земли было бы крайне маловероятным — шансы составляют 1 к 25 миллионам.
Чтобы объяснить, почему удары были сконцентрированы на экваторе, Томкинс и его коллеги предположили, что у ордовикской Земли была система колец. Удары в ордовике произошли от объектов внутри этих колец, которые упали на Землю. Считается, что кольца Сатурна образовались из крупного ледяного объекта, который подошёл так близко к планете, что был разорван на части в процессе, называемом приливным разрушением. Когда комета или астероид проходит очень близко к планете, разница в силе тяжести, действующая на объект, становится достаточно сильной, чтобы растянуть его до точки разрыва.
Мы видели приливное разрушение в действии: в 1992 году комета Шумейкеров — Леви 9 прошла так близко к Юпитеру, что была разорвана на цепочку из примерно 20 фрагментов. Большая часть из них обрушилась на Юпитер в 1994 году. В случае с кольцами Сатурна осколки разрушенного объекта были захвачены на орбиту. Орбиты захваченных фрагментов изначально были чрезвычайно вытянутыми, или эксцентричными, и совпадали с начальной траекторией движения родительского ледяного тела. Со временем фрагменты колец сталкивались друг с другом и измельчались, а совокупность объектов превращалась в круговую систему колец, выровненную в плоскости экватора Сатурна, где мы их и видим сейчас.
Астероид, породивший кольца, должен был быть L-хондритом — одним из обычных метеоритов («обычных», потому что они наиболее распространены в наших коллекциях). Томкинс и его коллеги предполагают, что родительское тело L-хондрита прошло чрезвычайно близко к Земле — в нескольких тысячах километров от поверхности, почти задев край атмосферы, — и подверглось приливному разрушению, подобно тому объекту, который распался и образовал кольца Сатурна. Его фрагменты расположились в плоскости земного экватора, и пыль из кольца медленно оседала на Землю, наряду с периодическими ударами более крупных фрагментов, в основном вблизи экватора. Это объясняет высокие концентрации пыли, похожей на метеориты L-хондритов, в ордовикских осадочных породах, а также распределение кратеров по всему миру.
Резкое падение температуры после всплеска столкновений в ордовике — так называемое гляциоэра Гирнанта — также могло быть следствием земных колец. Тень от колец падала бы на то полушарие, которое в то время было зимним, и оказывала бы общее охлаждающее действие, которое могла усилить пыль в атмосфере. Это резкое похолодание, возможно, сыграло роль в позднеордовикском массовом вымирании: глобальная температура восстановилась после окончания всплеска столкновений, предположительно из-за рассеивания колец.
«Кажется правдоподобным, что планеты пережили несколько циклов образования и потери колец», — написал Томкинс. Эти циклы запускались редким, очень близким пролётом кометы или астероида. Некоторые планеты с большей вероятностью проходили «окольцованные» фазы, чем другие, в зависимости от частоты пролётов астероидов и свойств самих планет. Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, судя по всему, имели более частые или длительные фазы колец, потому что они взаимодействуют с астероидами и кометами гораздо чаще, чем каменистые планеты, и, следовательно, имеют гораздо больше шансов разрушить их и захватить фрагменты. Такие фазы обычно длятся миллионы лет и имеют значительные последствия для геологии, климата и, потенциально, жизни на планете.
Томкинс уже ищет другие потенциальные доказательства того, что Земля переживала подобные фазы в прошлом. Ордовикский всплеск — пока самый явный признак. «Чем дальше в прошлое мы смотрим, тем слабее становится кратерная летопись, — написал он. — Какие ещё свидетельства мы можем искать, чтобы доказать, что у Земли были кольца в прошлом?»