Это случилось более четырех миллиардов лет назад. Небывалый удар потряс Землю. Целая планета рухнула на нее. В небо взметнулось множество глыб. От Земли отломился кусок. Обломки отлетели и стремительно соединились. Так возникла Луна. Нам повезло: без Луны на земном шаре никогда не развились бы высшие формы жизни. Без нее не было бы нас. Но лишь в начале XXI века мы узнали тайну рождения Луны.
Фея вновь наносит удар
Около 4,4 миллиардов лет назад Земля еще формировалась. Минуло всего 150 миллионов лет с тех пор, как она возникла из протопланетного облака. Уже образовались массивное ядро из железа и никеля, легкая оболочка из силикатов…
Размеренность геологических процессов нарушило событие космическое. К Земле приблизилась Фея — планета размером с Марс. Она зацепила Землю боком, и та… лопнула. В этот момент поверхность нашей планеты раскалилась до 10 тысяч градусов по Цельсию и превратилась в кипящее месиво. В течение часа Земля светилась ярче Солнца. В небо взметнулось огромное облако пыли; постепенно оно сгущалось, сливаясь с обломками Феи. Из этого облака через несколько десятков тысячелетий сформировалось новое небесное тело: Луна, наш спутник.
Первые сто миллионов лет Луна была покрыта вязким, густым слоем магмы. Однако под действием гравитации вещество Луны перемешивалось: легкие элементы поднимались на поверхность, образуя лунную кору, а минералы, содержащие железо и магний, опускались в недра планеты.
Очевидно, все это время в окрестности Луны и Земли кружило множество затвердевших глыб. Они еще долго падали на поверхность обеих планет. Эпоха около 4,4 — 4,0 миллиардов лет назад носит название «эпохи великой космической бомбардировки». Тогда Земля, как и Луна, подвергалась ударам очень крупных и довольно многочисленных метеоритов.
Около 4,4 миллиардов лет назад Земля еще формировалась
Из обломков столкнувшихся планет родилось новое небесное тело — Луна, наш спутник
…За последние полтора века появились две основные гипотезы, объяснявшие происхождение Луны. По одной, Земля захватила пролетавшее мимо небесное тело, и оно стало послушно кружить возле нашей планеты (Гарольд Юри). Однако вероятность такого события почти равна нулю. Подругой, Земля и Луна возникли одновременно из протопланетного облака (Евгения Рускол). Но почему тогда возле Марса и Венеры не появилось своей Луны? Непонятна и аномалия железа: Земля содержит почти 35 процентов железа, Луна — всего 5 процентов. И вот — удар, катастрофа. Взгляд на природу Луны изменился.
Так художник представляет себе столкновение Феи с Землей
Изменился — и совпал с некоторыми гипотезами, которыми прежде пренебрегали. Так, в 1961 году Е. Эпик, а в 1974 году Дж. Вуд и X. Митлер предполагали вторичное образование Луны из многочисленных обломков разрушенной протопланеты. В начале 1990-х годов свою гипотезу формирования Луны обнародовали российские академики С.А. Ушаков и О.Г. Сорохтин. По их расчетам, Луна образовалась за счет разрушения более крупной планеты — Протолуны. Она была захвачена Землей с близлежащей орбиты и под действием мощной приливной силы стала разрушаться. «В какие-то промежутки времени вокруг молодой Земли, возможно, существовали кольца вращающихся мелких метеоритных тел, подобных кольцам Сатурна… Большая часть плотного железного ядра Протолуны устремилась к Земле. Луна осталась без чугуна». Новая теория родилась не на пустом месте. В течение Ряда лет экипажи кораблей «Аполлон» и советские межпланетные станции серии «Луна» доставили на Землю 382 килограмма лунной породы. Ее свойства поразительно напоминали свойства земной породы. Содержание изотопов было одинаково. Уже в 1982 году Э. Рингвуд показал «геохимическую общность лунного вещества с веществом земной мантии» (О.Г. Сорохтин). Именно эта общность убедила ученых в том, что происхождение Луны и Земли одинаковое. За миллионы лет состав Луны почти не изменился; она лишь немного «засорилась» метеоритной пылью. Теперь о той «бомбардировке» напоминают только многочисленные лунные кратеры и моря.
В 2004 году был обнародован самый детальный компьютерный расчет столкновения Феи с Землей. Его проделал американский исследователь Робин Канул.
Согласно этой модели, столкновение произошло, когда Земля набрала уже 95 процентов своей массы. Планета Фея была раз в десять меньше Земли. После удара от нее откололось множество обломков, а она, совершив еще один оборот вокруг Земли, вновь в нее врезалась. Ее железное ядро пробило поверхность Земли и слилось с земным ядром, а остатки мантии вместе с кусками мантии Земли взлетели на высоту около 20 тысяч километров и постепенно соединились друг с другом, образовав Луну. Та состоит примерно на 80 процентов из обломков Феи и на 20 процентов — из земных пород.
Страшный дар точек Лагранжа
Но откуда взялась Фея? Компьютерные модели показали, что относительная скорость Феи и Земли была мала. До столкновения обе планеты находились на очень близких орбитах. Очевидно, Фея, — это подтверждает и анализ лунного фунта, — сформировалась в той же части протопланетного облака, что и Земля. Почему же эти планеты не слились друг с другом гораздо раньше, неуклонно сближаемые силой гравитации? Где до поры до времени «пряталась» Фея?
Расчеты, которые проделали недавно астрономы Ричард Готт и Эдвард Бельбруно из Принстонского университета, подтвердили, что эта загадочная планета размером с Марс сформировалась примерно на том же расстоянии от Солнца, что и Земля.
На орбите Земли есть две особые точки — точки Лагранжа-4 и -5, отстоящие ровно на 60° от нашей планеты. Их местоположение рассчитал в 1772 году французский математик Жозеф Луи Лагранж. Здесь силы притяжения Земли и Солнца взаимно уравновешиваются. Любая глыба, попав сюда, будет бесконечно долго кружить на месте. Эти области пространства, образно говоря, называют «межпланетным Саргассовым морем».
Мы живем на двойной планетной системе «Земля — Луна». Только одна из этих планет живая, а другая — мертвая
В одной из таких точек и могла сформироваться планета величиной с Марс, которая обращалась вокруг Солнца по той же орбите, что и Земля. Чем больше становилась планета, тем неустойчивее было ее положение. Другие, более далекие от Солнца планеты превратились в гигантов. Они, особенно Юпитер, все сильнее притягивали Фею. В конце концов, гравитационные возмущения раскачали ее. Ее положение изменилось. Образно говоря, «ее сорвало с якоря, из безопасной гавани она отправилась в открытое космическое море, но тут же ее швырнуло назад, на скалы». Она устремилась к Земле. Столкновение было неотвратимо. Планеты двигались навстречу друг другу с относительной скоростью порядка 40 тысяч километров в час, что весьма мало по космическим меркам. В каждой четвертой компьютерной модели, созданной Готтом и Бельбруно, в результате столкновения образовывалось небесное тело размером с Луну.
Луна уникальна еще и тем, что по своим размерам она вполне сопоставима с планетами земной группы. В принципе, мы живем на двойной планетной системе «Земля — Луна». Только одна из этих планет живая, а другая — мертвая, точно в сказке про живую и мертвую воду.
По мнению ученых, в нашей Галактике имеется множество планетарных систем, где вокруг планет земного типа обращаются один или два крупных спутника, подобных Луне. Появление таких спутников закономерно, считают Готт и Бельбруно. А ведь жизнь на Земле, как полагают многие ученые, была бы невозможна, если бы рядом не было Луны.
Мировой океан превратится в болото
В начале 1990-х годов некоторые ученые задались вопросом, что было бы с нашей планетой, если бы рядом не оказалось Луны. Результат исследований одинаков: на Земле не было бы жизни.
Так, французский астроном Жак Ласкар с помощью компьютерных моделей показал, что именно притяжение Луны стабилизировало положение Земли. Если бы не Луна, то земная ось каждые пару миллионов лет поворачивалась бы на 85°. В таких суровых климатических условиях никогда не возникли бы высшие формы жизни.
Астроном Джек Уисдом из Массачусетсского технологического института пришел к схожим результатам, исследуя климат Марса. У «красной планеты» нет настоящей луны; вокруг нее обращаются лишь два планетарных обломка. Они не могут стабилизировать положение ее оси.
Американский астронавт Нил Ф. Коминс выпустил в 1993 году книгу «Что было бы с Землей без Луны?», где описал последствия этой небесной лакуны. Так, в морях и океанах не было бы таких мощных приливов, как сейчас, а наблюдались бы только «малые приливы», вызванные притяжением Солнца. Мировой океан напоминал бы, скорее, огромное стоячее болото. Он поглощал бы меньше питательных веществ и не мог бы прокормить столько рыбы, как в наши дни. Вода у побережья хуже проветривалась бы, и попавшие сюда животные, например, крабы, задыхались бы.
Плохо пришлось бы и людям. Ночи стали бы заметно темнее. Возможно, человек не научился бы составлять календарь, ведь в основе древнейших систем счисления времени лежат метаморфозы Луны, с завидной периодичностью меняющей свою форму.
Без Луны земное время текло бы в головокружительном темпе. Именно Луна сдерживает вращение Земли вокруг своей оси. Не будь ее, сутки длились бы всего шесть часов.
Кстати, точки Лагранжа есть и на орбитах других планет. Там тоже могли сформироваться свои Феи, чтобы потом столкнуться с более крупной планетой. Там тоже могли появиться массивные спутники, умеряющие бег родной планеты и облегчающие зарождение жизни на ней. Так что логично предположить, что жизнь может существовать и на многих внесолнечных планетах земного типа, располагающих своей крупной луной.