Теория множества лун

Когда-то у нашей планеты могли быть десятки маленьких спутников, которые через тысячелетия сформировали объект, видимый нами сегодня.

Втайне от большинства землян наша луна переживает кризис. Геофизики скажут вам что это «композиционный» кризис — возникший из-за составных лунных частей. Но это также и кризис «идентичности» — для учёных, изучающих Луну в качестве объекта изучения.

Наша луна сформировалась около 4.5 миллиардов лет назад в период между 20 и 100 миллионами лет после того как сформировалась Земля. Как это произошло — вопрос дискуссионный. Возникла ли она в тандеме с Землёй из того же протопланетарного материала, или же отделилась позднее? Это идентичный нам близнец? Или же она была захвачена нашим гравитационным влиянием, когда пролетала мимо? С 80 годов 20 века консенсус сложился вокруг гипотезы одного удара, иногда называемого Большой Всплеск, которая предполагает, что луна сформировалась, когда объект планетарного размера, часто называемый Тейя, врезался в Землю и в результате на нашей орбите образовалось множество обломков. Но накануне в статье Nature Geoscience группа израильских учёных предположила другую увлекательную историю происхождения нашего естественного спутника: луна, по их представлениям, стала результатом не одного удара, а по меньшей мере десятка, и это не просто луна, а амальгама из множества лун, появившихся раньше.

Сценарий одного удара был столь долго популярен потому, что изящно объяснял несколько критических факторов. С одной стороны, Луна испытывает значительный недостаток железа по сравнению с Землёй, и её ядро сильно меньше по отношению к массе чем земное. Компьютерное моделирование показывает, что такая луна могла возникнуть, если нашу планету по касательной поразил объект размером с Марс (имеющий одну десятую массы Земли), в результате луна должна состоять по большей части из ударного тела — небольшого ядра, и части бедной на железо мантии Земли. Касательный удар мог заставить вращаться нашу планету бестрее, и согласно последним вычислением в прошлом Земли такое действительно имело место. За последние три десятилетия, с ростом вычислительных возможностей, учёные смогли проверить различные виды факторов — ударные тела различных размеров, нанесение удара под разными скоростями и углами, вращение ударного тела с разной скоростью. Все эти сценарии показывают, что не так уж сложно создать луну, если не преследовать цель создать именно знакомый нам спутник.

Что возвращает нас к текущему кризису. Исследования лунных камней и грунта, доставленного кораблём Аполлон в период между 1969 и 1972 годами, продемонстрировали, что лунный состав не соотносится с тем, который должен был образоваться в ходе Большого Всплеска. Элементы содержат в себе различный набор изотопов, к примеру, часто встречается старый кислород или 16O, содержащий в себе 8 нейтронов и 8 протонов, но также есть и редкий 17O с дополнительным нейтроном. На луне есть дефицит некоторых редкоземельных элементов, как и предсказано теорией одного удара, но эти элементы всё же есть на спутнике — не только кислород, но и титан, вольфрам и алюминий, среди прочего, обладают теми же изотопными сигнатурами, как и на нашей планете. Другими словами, щепотка пыли из лунного Моря Спокойствия может иметь одинаковое с пустыней Сахарой соотношение 16O и 17O. Если тело, которое поразило Землю состояло из схожего материала, что почти невероятно, то трудно предположить столкновение, результатом которого стали столь однородные объекты как луна и Земля. «Это ключевая проблема над которой мы бьёмся» — рассказал мне на выходных Робин Канап, астрофизик Юго-Западного Исследовательского Института Southwest и давний сторонник гипотезы одного удара.

Новое исследование под руководством Ралуки Руфу, аспиранта факультета планетарных наук в Институте Наук Вайзмана и её руководителя Одед Ахаронсон, предложило свежий взгляд на данный вопрос. Идея изначально появилась у Хагаи Перетца, планетарного физика в Израильском Институте Технологий и соавтора исследования, который отметил, что, во времена образования Луны столкновения были обычным явлением. C учётом подобной активности, по мнению Перетца, маловероятно, что одно произошло слишком большое столкновение – достаточное для формирования Земли и Луны в их нынешнем виде – и за ним не случалось других столкновений. Столкновения — обычное дело при формировании спутников. «Так где же они, эти спутники?» Быть может, решили исследователи, они прямо перед нами, слившиеся в теле единого объекта, который виден нам сегодня, единая луна, ставшая результатом множества столкновений. Чтобы проверить эту идею Руфу запускала более чем 850 компьютерных симуляций, в которых использовалось большое число факторов, чтобы посмотреть какие виды лун образуются в результате. «Я воздействую на Землю, и соответственно строю Землю и уничтожаю Землю» — рассказала она.

Руфу обнаружила, что возможно создать луну с помощью серии гораздо меньших ударов чем тот, который предполагался в ходе Большого Всплеска. «Если их было около 20, то мы могли бы получить луну нашего размера» — заявила учёный. Каждое столкновение приводило к тому, что от нашей планеты откалывался кусок, который затем становился спутником. Затем он удалялся достаточно далеко от нашей планеты дабы избежать нового удара, который происходил несколько миллионов лет спустя. Шаг за шагом эти спутники слились в единую большую перемешанную лунную массу.

Руфу с готовностью признаёт, что её команде ещё предстоит много работы. Их модель предполагает, что отдельные спутники должны были сохраниться, в то время как в реальности (если теория верна) они пропали (следующим шагом должно стать изучение самого процесса слияния). Но на данный момент также статистически вероятно как то, что наша луна стала результатом нескольких столкновений, так и то, что столкновение было одно. «Я аплодирую группе» — говорит Кануп — «они убедили меня в том, что их идею стоит рассмотреть. Внезапно сценарий нескольких столкновений выглядит столь же вероятным, как и гипотеза Большого Всплеска — или столь же невероятным, в зависимости от вашей точки зрения». Руфу и Кануп не возражают против изучения ещё нескольких лунных камней. Хотя нынешний анализ лунных пород подтверждает их правоту, изучались камни всего из нескольких регионов луны, и они демонстрируют как даже как даже небольшое количество образцов может радикально изменить представления учёных. «Если бы у нас не было камней, то 30 лет назад мы бы решили, что разгадали загадку происхождения нашего спутника» — говорит Кануп.

Что не подлежит сомнению, так это то, что луна, которую мы видим — единая, величественная, владычица времени и приливов — самая последняя из предыдущих спутников. Как и человеческие виды, быть может она единственная, кто дожил до нашего времени. «Независимо от того сформировалась ли она от одного удара или от множества, последние стадии формирования Земли включали в себя множество столкновений с другими небесными телами, так что у нас должно было быть много лун вместо одной — заявил мне Перетц — «возможно не более двух, максимум три в одно время. «Неплохо было бы их увидеть» — замечает Руфу.

Наша нынешняя луна также, несомненно, последняя, или же последняя, которую мы увидим. Её орбита постепенно увеличивается, с каждым годом отдаляясь от Земли на пару дюймов, и в один прекрасный день спутник преодолеет наше притяжение. И никакой новой луны на её месте не появится, так как в нашем районе нет ничего достаточно большого, что могло бы помочь его создать. Быть может астероиды, но «на самом деле никто не ожидает, что объект размером с планету попадёт под притяжение Земли» — сказал мне Перетц, однако затем спохватился — «на самом деле Меркурий недостаточно стабилен на своей орбите в долгосрочной перспективе, если говорить о периоде примерно в 10 миллиардов лет» — заявил он — «но я не думаю, что нам стоит беспокоиться об этом прямо сейчас».

Оригинал: The New Yorker, перевод