Большинство астрономов, исследующих механизмы происхождения Луны, придерживается гипотезы Большого всплеска.
Луна возникла в результате столкновения двух протопланет
Итак, произошёл страшный удар. Расплавленное железное ядро «планеты-молотка» опустилось к ядру Земли (или прото-земли, если учесть, что происходило всё 4,5 миллиарда лет назад, когда наша планета только-только сформировалась и была не такой, как сейчас).
Более лёгкие каменные осколки мантий двух планет сформировали кольцо, со временем слившееся в Луну, собравшуюся, видимо, вокруг самого крупного такого обломка. Луна, кстати, первоначально, была в 20 раз ближе к Земле, чем теперь, и постепенно отдалилась к её нынешнему положению. Эту гипотезу «Большого всплеска» или «Большого удара» предложили американские астрофизики Эл Камерон, Вильям Вард, Вильям Хартманн и Дональд Дэвис ещё в 1975 году.
С тех пор учёные нашли много свидетельств в пользу такого сценария. Например, это прекрасно объясняет, почему Луна не содержит по существу никакого железа. Только есть одна проблема — тело, которое столкнулось с Землей. Откуда оно взялось?
Ричард Готт и Эдвард Белбрано из университета Принстона разгадали загадку, мучившую учёных четверть века, заодно дав любопытную деталь для проблемы поиска внеземной жизни. Но обо всём по порядку.
Найденные «ключи» предполагают, по-видимому, невозможное местоположение загадочного «молотка». Один такой «ключ» — сравнение состава Земли и Луны. Космологи уверены, что пылевой диск, от которого образовались планеты, имел различный состав на разном расстоянии от Солнца.
Ещё одна молодая планета размером с Марс, кажется, имела бы иной состав по сравнению с тогдашней Землёй. При ударе всё смешалось бы и, исследуя земные и лунные скалы, мы должны видеть следы принципиально иных пород. Но этого нет, говорит мистер Готт.
Компьютерное моделирование рождения Луны
Взять, к примеру, кислород. Есть изотопы кислород-16, -17 и-18. Их взаимная пропорция — как уникальный «отпечаток пальцев» планеты. Моделирование «Большого всплеска» предсказывает, что «отпечаток пальцев» кислорода Земли будет весьма отличным от лунного. А они в значительной степени близки. Это приводит учёных к заключению, что тело, которые ударилось в Землю и создало Луну, сформировалось точно на том же расстоянии от Солнца, что и Земля.
Это также видно из компьютерного моделирования рождения Луны, которое показывает, что «молоток» поразил нашу планету на относительно низкой скорости и не точно лоб в лоб, а несколько по касательной.
Вот тут-то возникает проблема — где же эта планета сумела «отсидеться», когда создавалась Солнечная система, чтобы дорасти до размеров Марса? Ведь принятая теория рождения планет говорит, что они постепенно «срастались» от пыли и обломков, притянутых гравитацией. А это процесс, при котором «богатые» становятся «богаче», а «бедные» — «беднее». Следовательно, «молоток» должен был быть «проглочен» прото-землей прежде, чем он мог бы достигнуть существенной массы.
Ответ гениально прост. В Солнечной системе есть два места, подходящих под данную теорию. Это точки «Лагранж-4» и «Лагранж-5», существование которых рассчитал французский математик Жозеф Луи Лагранж в 1772 году.
Они находятся на орбите Земли, но на 60 градусов позади и впереди нашей планеты, если говорить о её движении по кругу.
Точки Лагранж-4 и Лагранж-5
В этих точках все силы в системе Земля — Солнце уравновешивают друг друга. И любые медленные камни, которым случилось попасть туда, оказываются в ловушке, словно в межпланетном Саргассовом море. В одной из этих точек вполне могла когда-то сформироваться планета величиной с Марс, которая обращалась бы вокруг Солнца по той же орбите, что и Земля.
Когда эта загадочная планета достигла большой массы, гравитационные возмущения со стороны других планет (главным образом — Юпитера), в конце концов, раскачали её и изгнали из точки Лагранжа.
В своих компьютерных моделях Готт и Белбрано рассчитали последующий ход событий. И нашли, что фактически ничто не может предотвратить фатальное столкновение «молотка» с Землёй. Оно просто закономерно.
При этом в четверти смоделированных столкновений в результате формируется тело — точь-в-точь — Луна. Самое интересное следствие из сценария Готта и Белбрано — его огромное значение для наших перспектив по обнаружению внеземной жизни.
Дело в том, что Земля имеет самую большую луну по сравнению с её собственным размером из всех планет Солнечной системы (не считая далёкого холодного Плутона). И такая гигантская луна была важна для развития жизни.
Без Луны ось нашей планеты испытывала бы куда большие долговременные колебания, что вызвало бы серьёзные изменения в климате с печальными последствиями для жизни. Гравитация Луны сглаживает такие колебания, делая климат стабильнее.
Кроме того, приливы, созданные Луной (а они в три раза больше, чем вызванные Солнцем), сыграли ключевую роль, во-первых, для самого зарождения жизни, а во-вторых, позднее, для её выхода на сушу.
Луна влияет на Землю, вызывая приливы
А теперь выходит, что возникновение большой луны у планеты в какой-нибудь звёздной системе — событие весьма вероятное, а не исключительное, как полагали космологи раньше. Готт и Белбрано даже считают, что планетарные системы, где две или больше планет земного типа имеют такие большие луны — должны быть обычным делом в Галактике. А значит, наши шансы на встречу братьев по разуму — повышаются, к тому же, становится ясно, какие системы нам нужно искать.
Есть ли способ доказать сценарий Белбрано и Готта? Кажется маловероятным, что любой неизменённый позднее материал (камень хотя бы), свидетель того катаклизма, выжил бы к нынешнему дню, да ещё был бы найден людьми.
И всё же… Готт и Белбрано указывают на астероид 2002 AA29 размером с небольшой валун. Он находится в настоящее время на орбите, которая периодически подводит его это на расстояние 5,8 миллионов километров от Земли.
Эта орбита очень специфична. Она подобна той, по которой «молоток» мог бы двигаться 4,5 миллиарда лет назад. Возможно, что 2002 AA29 несёт материал, из которого некогда были созданы «молоток», Земля и, соответственно, Луна.
Любопытно, что 2002 AA29 был выбран планетарными физиками как астероид, к которому, в силу параметров орбиты, относительно легко отправить корабль, чтобы вернуть образцы породы. Правда, пока такая миссия не планируется.
Рассуждая о тайне возникновения Луны, Готт не исключает, что именно этот астероид может оказаться самым ценным из всех прочих в Солнечной системе.