В 1975 году четверо американских астрофизиков — Эл Камерон, Вильям Вард, Вильям Хартманн и Дональд Дэвис — выдвинули гипотезу, которая перевернула представления о рождении Луны. Они предположили, что наш спутник возник в результате чудовищного столкновения: на заре Солнечной системы, около 4,5 миллиардов лет назад, в тогда ещё молодую прото-Землю врезалось тело размером с Марс. Этот катаклизм, названный «Большим всплеском» или «Большим ударом», объяснял многое — например, почему Луна практически лишена железа. Расплавленное железное ядро «планеты-молотка» утонуло в недрах Земли, а более лёгкие каменные осколки мантий обеих планет образовали вокруг Земли кольцо обломков. Со временем оно слилось в единое тело — Луну, которая, кстати, поначалу была в двадцать раз ближе к нам, чем сейчас, и лишь постепенно отодвинулась на нынешнюю орбиту.

Гипотеза получила множество подтверждений, но одна деталь оставалась загадкой: откуда взялся тот самый «молоток»? Общепринятая теория формирования планет гласит, что они растут, притягивая пыль и обломки, и в этом процессе крупные тела поглощают мелких конкурентов. Прото-Земля должна была «проглотить» зародыш планеты задолго до того, как он достиг бы марсианских размеров. Четверть века астрономы ломали голову над этим противоречием, пока Ричард Готт и Эдвард Белбрано из Принстонского университета не нашли изящное решение — и попутно не вдохнули новую надежду в поиски внеземной жизни.

Ловушка в межпланетном Саргассовом море

Ключ к разгадке лежал в точках Лагранжа — L4 и L5, существование которых рассчитал французский математик Жозеф Луи Лагранж ещё в 1772 году. Эти точки расположены на земной орбите, в 60 градусах впереди и позади нашей планеты. Гравитационные силы Земли и Солнца там уравновешены, и любой медленный космический камень, попавший в такую зону, оказывается в ловушке — своего рода межпланетном Саргассовом море. Именно там, предполагают Готт и Белбрано, могла спокойно «отсидеться» и нарастить массу до размеров Марса будущая планета-ударник, обращаясь вокруг Солнца по той же орбите, что и Земля. Эта идея перекликается с открытием системы двух планет на одной орбите, которое, по мнению учёных, объясняет происхождение Тейи.

Когда «молоток» стал достаточно крупным, гравитационные возмущения от других планет — прежде всего, Юпитера — раскачали его и вытолкнули из точки Лагранжа. Дальнейшая судьба была предрешена: компьютерное моделирование показало, что столкновение с Землёй становится практически неизбежным. В четверти всех смоделированных сценариев в итоге формировалось тело, по характеристикам точь-в-точь совпадающее с Луной.

Кислородная улика и медленный удар

Сценарий Готта и Белбрано подкрепляется данными о составе Земли и Луны. Космологи знают, что пылевой диск, из которого рождались планеты, имел разный химический состав на разном расстоянии от Солнца. Если бы ударник прилетел издалека, его породы должны были заметно отличаться от земных. Но изотопный анализ кислорода — соотношение кислорода-16, -17 и -18, служащее уникальным «отпечатком пальцев» планеты, — показывает поразительную близость земных и лунных образцов. Это говорит о том, что «молоток» сформировался ровно на том же расстоянии от Солнца, что и Земля. Точки Лагранжа L4 и L5 — идеальные кандидаты для такого соседства.

Компьютерные симуляции рождения Луны добавляют ещё один штрих: удар был не лобовым, а касательным, и произошёл на относительно низкой скорости. Такая картина полностью согласуется с объектом, который долгое время делил с Землёй одну орбиту, а не ворвался из глубин Солнечной системы. Подобные катастрофические столкновения не редкость во Вселенной — например, две планеты столкнулись у зрелой звезды в созвездии Овна, оставив после себя облако обломков.

Луна, приливы и братья по разуму

Самое интригующее следствие гипотезы касается не прошлого, а будущего — и наших шансов найти внеземную жизнь. Земля обладает самой крупной луной по отношению к собственному размеру среди всех планет Солнечной системы (не считая далёкого холодного Плутона). И этот гигантский спутник сыграл решающую роль в развитии жизни. Без Луны ось нашей планеты испытывала бы гораздо более сильные долговременные колебания, что обернулось бы катастрофическими изменениями климата. Лунная гравитация стабилизирует наклон оси, делая климат относительно предсказуемым. Кроме того, приливы, вызванные Луной — а они втрое мощнее солнечных, — были ключевым фактором для зарождения жизни в океане и, позднее, для её выхода на сушу.

Если сценарий Готта и Белбрано верен, то формирование крупной луны у планеты земного типа — событие не исключительное, а вполне вероятное. Учёные даже полагают, что планетарные системы с двумя и более планетами, имеющими большие спутники, могут быть обычным делом в Галактике. А значит, наши шансы встретить братьев по разуму повышаются, и теперь мы лучше понимаем, какие именно системы стоит исследовать в первую очередь.

Свидетель по имени 2002 AA29

Можно ли доказать гипотезу прямыми свидетельствами? Кажется маловероятным, что какой-либо материал, переживший тот древний катаклизм, сохранился до наших дней и был бы найден людьми. Но Готт и Белбрано указывают на любопытный объект — астероид 2002 AA29. Этот небольшой, размером с валун, астероид движется по очень специфичной орбите, которая периодически сближает его с Землёй до 5,8 миллионов километров. Его траектория подозрительно напоминает ту, по которой 4,5 миллиарда лет назад мог двигаться «молоток». Возможно, 2002 AA29 хранит в себе первозданное вещество, из которого были созданы и ударник, и Земля, и Луна.

Планетарные физики уже выбрали 2002 AA29 как один из самых доступных астероидов для миссии по доставке образцов — его орбита позволяет отправить к нему корабль с относительно небольшими затратами. Пока такая миссия не запланирована, но Ричард Готт не исключает, что именно этот скромный астероид может оказаться самым ценным во всей Солнечной системе. Если в его породах найдутся изотопные ключи, подтверждающие единое происхождение с Землёй и Луной, гипотеза «Большого всплеска» получит весомейшее доказательство — и заодно прольёт свет на то, как часто во Вселенной возникают условия, пригодные для жизни.