Луна — такая привычная, такая очевидная, что мы редко задаёмся вопросом: а откуда она вообще взялась? Между тем история её происхождения — одна из самых захватывающих историй в науке.
На протяжении столетий люди предлагали разные версии, некоторые из них казались вполне разумными, пока не разбивались о факты. И лишь в конце XX века учёные наконец сошлись на ответе, который одновременно прост и грандиозен: наша Луна родилась из катастрофы.
Сначала — несколько неудобных вопросов
Прежде чем говорить о теориях, стоит понять, что именно делает Луну такой странной. Если бы она была обычным спутником — маленьким астероидом, захваченным гравитацией Земли, — никаких проблем не было бы. Но Луна совсем не маленькая.
По отношению к размеру своей планеты она является одним из крупнейших спутников в Солнечной системе. Диаметр Луны составляет примерно 3 474 километра — это около 27% диаметра Земли. Для сравнения: самые большие спутники Юпитера и Сатурна несопоставимо малы относительно своих планет. Луна ведёт себя скорее как младший партнёр, чем как захваченный странник.
Кроме того, у Луны почти нет железного ядра. Земля примерно на 30% состоит из железа, Луна — лишь на 8%. Зато минеральный состав лунной коры поразительно напоминает земную мантию. Словно кто-то взял кусок Земли и слепил из него новый шар. Именно эта подсказка в итоге и привела учёных к правильному ответу.
Три неверные теории
В различное время выдвигались несколько ошибочных теорий появления Луны
- Теория первая: Луна образовалась рядом с Землёй. Согласно этой идее, оба тела сформировались одновременно из одного облака газа и пыли — как двойная планета. Красиво, но не объясняет, почему у них такой разный химический состав. Если бы они росли из одного материала, железа в Луне должно было бы быть столько же, сколько на Земле.
- Теория вторая: Луна была захвачена. Земля могла гравитационно поймать уже готовое тело, пролетавшее мимо. Эта версия тоже не выдерживает проверки: захваченный объект обычно движется по вытянутой эллиптической орбите или вовсе по непредсказуемой траектории. Луна же обращается вокруг Земли почти идеальным кругом, и этот факт крайне сложно объяснить захватом.
- Теория третья: Земля «отпочковала» Луну. В конце XIX века астроном Джордж Дарвин — сын того самого Чарльза Дарвина — предположил, что молодая Земля вращалась настолько быстро, что центробежная сила буквально отшвырнула кусок материи. Этот кусок и стал Луной. Гипотеза была популярна десятилетиями. Некоторые даже указывали на Тихий океан как на «шрам» от этого отрыва. Но расчёты показали: чтобы такое произошло, Земля должна была вращаться со скоростью один оборот за несколько часов, а энергии для этого у неё попросту не было.
Гигантское столкновение: теория, которая победила
В 1975 году американские планетологи Уильям Хартман и Дональд Дэвис опубликовали статью, которая тихо произвела революцию. Они предложили идею, которая сегодня называется гипотезой гигантского удара, или теорией Тейи.
Суть её такова. Примерно 4,5 миллиарда лет назад — всего через 50–100 миллионов лет после образования Солнечной системы — молодая Земля столкнулась с другим протопланетным телом размером примерно с Марс. Это тело учёные назвали Тейей — в честь титаниды из греческой мифологии, матери богини Луны Селены.
Удар был не лобовым, а скользящим — примерно под углом 45 градусов. Это принципиально важно. Лобовое столкновение просто уничтожило бы обе планеты или полностью слило их воедино. Скользящий удар сделал нечто другое: он выбросил в космос колоссальное количество расплавленного вещества — преимущественно из мантий обеих планет, а не из их железных ядер.
Это объясняет сразу всё. Дефицит железа в Луне? Железо осталось в ядрах Земли и Тейи, а в пространство вырвался силикатный материал мантии. Сходство лунных пород с земными? Потому что значительная часть Луны — это буквально переработанная земная мантия. Крупный размер Луны? Потому что Тейя была огромной, и материала хватило на большое тело.
После удара обломки не разлетелись в разные стороны, а образовали кольцо вокруг Земли — горячий, хаотичный диск из пара и расплавленного камня. За несколько десятков миллионов лет этот материал слился под действием гравитации, остыл — и стал Луной.
Когда именно это произошло?
Датировать рождение Луны помогли образцы лунного грунта, доставленные миссиями «Аполлон» в 1969–1972 годах. Радиоизотопный анализ минералов показал, что возраст древнейших лунных пород составляет около 4,51 миллиарда лет. Это ставит событие столкновения примерно на отметку 4,5 миллиарда лет назад — практически в эпоху рождения всей Солнечной системы.
Для понимания масштаба: если сжать всю историю Земли в один год, то Луна появилась бы примерно 2 января. Динозавры возникнут лишь в середине декабря, а человечество — в последние минуты 31 декабря.
Что было потом?
Сразу после образования Луна находилась значительно ближе к Земле — примерно в 20–30 раз ближе, чем сейчас. Тогда она занимала бы на небосводе огромную часть небосвода. Приливные силы были колоссальными: океаны, если они и существовали, поднимались на сотни метров. Земля вращалась намного быстрее — сутки длились около шести часов.
Но Луна постепенно удалялась. Происходит это и сейчас: каждый год она отдаляется от Земли примерно на 3,8 сантиметра. Механизм прост — приливные взаимодействия замедляют вращение Земли и «отталкивают» Луну на более высокую орбиту. Именно поэтому современные сутки длятся 24 часа, а не шесть.
Зачем нам вообще нужна Луна
Этот вопрос кажется риторическим — но ответ на него важнее, чем думает большинство людей.
- Во-первых, Луна стабилизирует ось вращения Земли. Без неё ось планеты хаотично отклонялась бы на десятки градусов, вызывая климатические катастрофы, несравнимые ни с одним ледниковым периодом. Жизнь в её нынешнем разнообразии, скорее всего, была бы невозможна.
- Во-вторых, приливы, которые создаёт Луна, перемешивают океаны, влияют на течения и климат. Некоторые исследователи предполагают, что именно лунные приливы в прибрежных зонах создали условия, в которых первые живые молекулы могли многократно концентрироваться и соединяться — то есть Луна могла сыграть роль в зарождении самой жизни.
Открытые вопросы
Несмотря на то что теория Тейи считается научным консенсусом, в ней остаются белые пятна. Новые исследования изотопного состава лунных пород показывают, что Земля и Луна практически идентичны по изотопам кислорода, титана и вольфрама. Это странно: если Тейя была отдельным сформировавшимся телом, оно должно было иметь немного другой состав — как любые два разных объекта Солнечной системы.
Одно из объяснений: Тейя сформировалась в той же зоне орбиты, что и Земля, и поэтому была химически почти идентична ей. Другое: удар был настолько мощным, что всё вещество полностью перемешалось до однородного состояния. Споры продолжаются.
Послесловие
История Луны — это история столкновения, ставшего красотой. Чудовищная катастрофа, уничтожившая целую протопланету и едва не убившая молодую Землю, в итоге подарила нам стабильный климат, приливы и ночное светило, вокруг которого люди тысячелетиями строили календари, религии и поэзию.
В следующий раз, когда будете смотреть на полную Луну, помните: вы смотрите на осколок столкновения двух миров. На застывший след самой грандиозной катастрофы в истории нашей планеты — которая, как ни странно, оказалась нам совершенно необходима.