Наша Луна – странный объект. Если все спутники Солнечной системы сравнить с их планетами, взаимоотношения Земли с Луной покажутся из ряда вон выходящими, когда дело доходит до соотношения их размеров. Диаметр Луны составляет приблизительно 28 % земного диаметра. Следующим по размеру идет самый большой спутник Нептуна – Тритон, размеры которого составляют лишь 5 % от диаметра его хозяина. У нашей планеты имеется пятый по величине спутник в Солнечной системе, но Земля занимает лишь пятое место по своим собственным размерам.

Из всего этого следует, что очень маловероятно, что Луна сформировалась где-либо за пределами нашей системы и позже была захвачена гравитационным притяжением Земли. Для этого она слишком велика. По мнению Джорджа Дарвина, сына Чарльза Дарвина, Луна отделилась от Земли, и на том месте сейчас плещутся воды Тихого океана.

В настоящее время самой распространенной идей происхождения Луны является предположение о том, что Земля в начальной стадии своего формирования получила удар со стороны неизвестной планеты размером с Марс. Астрономы называют эту потерянную планету Тейей, а то катастрофическое столкновение объясняют гипотезой «Гигантского столкновения», или «Моделью ударного формирования Луны».

Это, предположительно, произошло всего через 50–100 миллионов лет после образования Земли. В результате такого столкновения образовалось кольцо из огромного количества обломков материала, которое было выброшено на орбиту и стало вращаться вокруг Земли, пока силы земной гравитации не собрали их в единый массив, сформировав Луну. Если представить всю историю Земли как один день, то окажется, что Луна образовалась тогда, когда Земле было всего десять минут от роду.

Такое представление хода событий объясняет, почему у Луны такое необычно маленькое ядро и почему она менее плотная, чем Земля. Наиболее тяжелые материалы после распада Тейи оставались вблизи Земли, а более легкие были выброшены вовне, именно в результате соединения этого материала и образовалась Луна. Земля имеет самую высокую плотность из всех планет Солнечной системы, что становится понятным, если учесть, что к земному шару после его формирования был добавлен дополнительный материал, оставшийся от Тейи. Гигантским столкновением объясняется и то, почему Луна в прошлом, как предполагается, находилась в расплавленном состоянии, – мощные столкновения между обломками в кольце вокруг Земли приводили к переходу породы в жидкое состояние.

Новые свидетельства этой гипотезы получены из лунной породы, доставленной на Землю миссией «Аполлон». Компьютерные модели позволяют предположить, что Луна была сформирована главным образом из материала Тейи, следовательно, можно ожидать наличия определенных различий между лунной и земной породами. В 2014 году ученые объявили, что обнаружили несколько различных смесей кислорода в породах, доставленных миссией «Аполлон».

Взгляните на карту Луны и увидите, как много на ней мест с поэтическими названиями, такими как Море Мечты, Залив Радуги, Озеро Счастья. На деле это очень суровая среда с почти полным отсутствием атмосферы. Все слои газа на Луне, вместе взятые, весят меньше пяти слонов.

Ее характерная поверхность покрыта расползающимися темными пятнами, называющимися «мария», или морями (в единственном числе – маре – mah – ray). С Земли они немного напоминают человеческое лицо, отсюда и знаменитый «Человек на Луне». Однако здесь нет и никогда не было никаких морей, заполненных водой. Вместо этого для Луны изначально были характерны обширные пространства расплавленной лавы, образовавшейся во время хаотичного рождения Луны, которая с тех пор остыла и затвердела. Днища морей изрешечены тысячами кратеров – глубокими, чашеобразными углублениями с неровными краями, оставшимися в качестве напоминания о столкновениях, безобразивших лунную поверхность на протяжении более миллиарда лет.

Вид Луны на нашем небе постоянно меняется. Объясняется это тем, что сама Луна не производит никакого света. Напротив, она выступает как гигантское зеркало, которое отражает солнечные лучи, направляя их в нашу сторону. Сколько отраженного Луной света попадает к нам, зависит от того, в каком конкретно месте орбиты Земли она в данный момент находится. Когда она занимает положение между нами и Солнцем, весь свет падает на дальнюю сторону Луны и отражается в противоположном от нас направлении. Мы называем это положение новолунием. По мере продвижения Луны к противоположной стороне нашей планеты мы постепенно наблюдаем все более освещенную Луну до тех пор, пока, примерно через две недели, она не начнет отражать на Землю весь падающий на нее свет. Тогда мы видим полнолуние. Когда Луна начинает обратный путь и все меньше и меньше света падает на обращенную к нам сторону, мы начинаем терять этот свет.

Нам всегда видна лишь одна сторона Луны, и люди думают, что она не должна вращаться. Но это не так, Луна все-таки вращается. Она совершает оборот вокруг своей оси точно за такое же время, которое ей требуется, чтобы совершить один оборот вокруг Земли – 27,3 дня.

Для того чтобы представить, как это происходит, возьмите мяч, который будет изображать Землю, и положите его на пол. Встаньте лицом к мячу и начните двигаться вокруг него по кругу, всегда глядя внутрь круга. Ваше возвращение к той точке, откуда вы начали движение, будет означать, что вы совершили не только один оборот вокруг Земли, но и прокружились на месте. Чтобы убедиться в этом, повторите упражнение, только теперь фокусируйтесь на стенах, на которые вы смотрите во время кружения. Вы увидите, что вы по очереди смотрите на каждую из четырех стен комнаты, точно так же, как если бы вы просто кружились на одном месте.

Луна ведет себя аналогичным образом, так как она захвачена Землей приливно-отливной силой. Первоначально период вращения Луны был значительно больше по сравнению с периодом обращения Луны по орбите вокруг Земли. Однако влияние земной гравитации привело к некоторому растяжению Луны по линии, соединяющей два небесных тела. Поэтому Луна располнела в одном направлении немного больше по сравнению с другим, – образовались приливные горбы. Впоследствии Земля притягивала Луну преимущественно за эти горбы, постепенно замедляя ее вращение до тех пор, пока период вращения Луны вокруг своей оси не сравнялся с периодом орбитального движения Луны вокруг Земли.

Серии фаз Луны требуют несколько больше времени для своего завершения, чем ее 27,3 – дневной период обращения по орбите. Промежуток времени между двумя полными лунами составляет 29,5 дня. Связано это с тем, что для того, чтобы мы могли наблюдать полную луну, необходимо чтобы Земля, Луна и Солнце находились на одной прямой с нашей точки зрения. В то время как Луна занята обращением вокруг Земли, мы в свою очередь совершаем облеты вокруг Солнца. Луне требуется около двух дней, чтобы наверстать дополнительное расстояние, которое проходит Земля по своей орбите вокруг Солнца за месяц, и вновь вернуться на ту же линию.

Приливный захват – довольно распространенное явление во Вселенной. Многие спутники Юпитера и Сатурна также испытывают его со стороны своих планет. Некоторые планеты в других звездных системах также захвачены приливно-отливной силой своими материнскими звездами. Вопрос о возможности жизни на таких планетах – когда одна сторона испепелена жарой, а другая дрожит от холода, пребывая в темноте, – предмет жарких споров среди астрономов.

Луна окутана столькими поверьями, которые часто зародились многие тысячелетия назад, так что сегодня уже трудно отделить научную реальность от исторических мифов. Идею о том, что Луна действительно влияет на поведение людей, можно встретить в сообщениях об оборотнях и лунатиках – людях, в буквальном смысле этого слова помешанных на Луне. Акушерки клянутся, что их родильные дома наполняются сильнее во время полной луны. Однако доказательств подобных заявлений пока не существует.

В большинстве таких случаев в качестве объяснения ссылаются на гравитационное притяжение Луны, которое, как предполагается, сильнее при полной луне и влияет на распределение воды в нашем теле. Но момент наибольшего приближения Луны к Земле редко совпадает с полнолунием – она с той же легкостью может находиться на максимально близком расстоянии от Земли и при новолунии. Но даже с учетом этих возражений необходимо признать, что Луна оказывает огромное влияние на жизнь на нашей планете. По мнению многих ученых, без поддержки нашей ближайшей соседки мы просто не могли бы оказаться на этой планете, чтобы восхищаться ею.

Мы уже говорили о том, как она уравновешивает времена года. Есть вероятность того, что именно Луна дала толчок зарождению жизни на нашей планете, сыграв в этом процессе главную роль. Сформировавшись на расстоянии в пятнадцать раз ближе к Земле, чем она находится сегодня, Луна в силу своей гравитации стала вызывать гигантские приливы, которые вторгались в прибрежные территории на сотни километров вглубь с гораздо большей частотой, чем это происходит в настоящее время. Некоторые ученые предполагают, что именно в этих приливных зонах зародилась жизнь, именно здесь, где на стыке суши и моря происходило смешение сред, могли возникнуть исходные кирпичики, из которых впоследствии образовались микроскопические биологические формы, способные дать начало жизни.

Помимо прочего, Луна замедляет движение нашей планеты. Миллиарды лет назад продолжительность суток составляла восемнадцать часов. Сегодня они продолжаются двадцать четыре часа, так как Земля постепенно теряет энергию вращения из-за трения с океанами, пытаясь повернуться под водной массой, удерживаемой на месте силой гравитации Луны.

Такая передача энергии океанам способствует переносу тепла от экватора к полюсам, что приводит к значительному снижению разброса температур на поверхности Земли. После того как начало жизни на Земле было положено, Луна стала фактором, способствовавшим поддержанию благоприятных условий для развития и разнообразия жизни.

Следствием замедления движения Земли стало все большее отдаление Луны от нашей планеты, а это в свою очередь означало более спокойные приливы и отливы, чем они когда-то были, – другая причина того, что условия окружающей среды на Земле стали более стабильными. Благодаря экспериментам, проведенным на Луне астронавтами миссии «Аполлон», у нас есть возможность измерить, насколько быстро Луна отдаляется от нас.

«Контактный свет. О’кей, двигатель остановить». Эти простые слова открыли новую эру в истории человечества. Тридцативосьмилетний Нил Армстронг в ручном режиме посадил «Игл» на поверхность Луны после головокружительного спуска и парения над полем с довольно внушительными валунами. У них оставалось горючего менее чем на минуту. В центре управления у всех отлегло от сердца. «Вас понял, вы прилунились. Мы тут чуть не посинели. Теперь мы снова дышим».

Несколькими часами позже Армстронг, неловко перебирая ногами, спустился по лесенке и стал первым человеком, когда-либо ступившим в новый мир. Этот день – 20 июля 1969 года – остался путеводной звездой, маяком, указывающим пределы стремлений и достижений человеческого духа. В течение трех последующих лет НАСА успешно отправила еще пять миссий и еще десять человек, которые достигли поверхности Луны. Лишь одна миссия – «Аполлон-13» – была отменена после того, как взрыв топливного бака во время полета разрушил корпус космического корабля.

Снимок 1998–1999 годов аналеммы, изображенной на стекле витрины офиса Лабораторий Белла, Мюррей Хилл, Нью Джерси; статья Дж. Фисберна в Английской «Википедии».

Миссии не были лишь способом превзойти Советский Союз на пике холодной войны. Они имели и большое научное значение. Шесть миссий привезли на Землю в общей сложности 382 кг лунного грунта, изучение которого дало новые ключи к пониманию того, как образовалась наша ближайшая соседка. А на поверхности Луны был установлен целый набор зеркал, так что теперь есть возможность, направив на них с Земли луч лазера, отслеживать, как быстро Луна отдаляется от нашей планеты (в настоящее время это происходит со скоростью 3,8 сантиметра в год). В толщу лунной пыли были встроены детекторы, позволяющие изучать колебания или толчки лунного грунта.

Дальнейшие миссии имели более смелые цели, «Аполлон» доставлял также легкие двухколесные средства для передвижения по лунной поверхности, с помощью которых изучался пустынный ландшафт Луны. Алан Шепард даже пронес на борт корабля контрабандой металлическую головку от клюшки для гольфа и сделал ею удар на Луне.

Дейв Скотт специально ради эксперимента одновременно уронил молоток и птичье перо, чтобы показать, что предметы с разной массой падают с одной и той же скоростью, не испытывая тормозящего влияния атмосферы.

Когда 14 декабря 1972 года «Аполлон-17» отправился на Луну, командир корабля Джин Сернан – последний человек, побывавший на Луне, – был полон надежд вернуться туда. Возражения, связанные с финансовыми затратами, оказались сильнее, и возвращение не состоялось. Но притяжение Луны непреодолимо. Этот спутник Земли остается естественным местом для длительного пребывания в космосе, и различные космические агентства по всему миру уже разрабатывают планы возвращения на Луну. Наступит день, когда наши следы вновь отпечатаются на лунной пыли.

Создается впечатление, что внутренние части Солнечной системы подвергались ковровым бомбардировкам 3,9 миллиарда лет назад. По прошествии длительного времени после первоначального хаоса в период формирования Солнечной системы здесь наблюдался взрывной рост числа столкновений и ударов извне, обрушившихся на скалистые планеты. Тогда как раны на теле Земли, оставшиеся после этих событий, уже давно сгладились благодаря эрозии, не имеющая атмосферы Луна все еще хранит на своей поверхности следы таких столкновений.

Поскольку это событие произошло через 600 миллионов лет после образования Солнечной системы и носило особенно жестокий характер, астрономы называют его «Поздней тяжелой метеоритной бомбардировкой». Наиболее распространенная гипотеза, объясняющая это событие, указывает на Юпитер. Компьютерные модели формирования Солнечной системы предполагают, что вероятность того, что гигантские планеты образовались там же, где они располагаются в настоящее время, очень мала. Похоже, что Юпитер переместился в направлении ближе к Солнцу. При этом он отбрасывал астероиды, которые разлетались во все стороны наподобие голубей. Многие из таких астероидов наталкивались на Луну и другие скалистые планеты.

Однако в такой ход событий верят не все. В пользу гипотезы поздней тяжелой метеоритной бомбардировки свидетельствуют главным образом лунные породы, принесенные на землю миссией «Аполлон».

Все породы, взятые из разных точек лунной поверхности, так или иначе указывают на столкновения, происходившие приблизительно в одно и то же время. Однако, как отмечают некоторые астрономы, даже несколько сильных ударов могли привести к тому, что осколки разлетелись в разные стороны на большие расстояния, охватив большие области. Картина будет такая, как если бы имел место целый поток ударов.

Другая проблема – возникновение жизни на Земле. Традиционный взгляд на зарождающуюся Землю рисует ее в виде огненной преисподней, слишком горячей и слишком жестоко и безжалостно подвергаемой ударам со стороны других небесных тел, чтобы здесь могли пробиться ростки жизни. Если исходить из такой картины Земли на ранней стадии ее развития, то жизнь могла зародиться здесь только после поздней тяжелой метеоритной бомбардировки. Однако последние данные свидетельствуют о том, что океаны, заполненные водой, существовали на Земле уже 4,1 миллиарда лет назад, и возможно, что уже тогда на ней существовала жизнь.

Отсюда вывод: либо разные формы жизни на Земле пережили тот катаклизм и, будучи сначала стертыми с поверхности нашей планеты, возродились вновь, либо поздней тяжелой метеоритной бомбардировки вообще не было, как это традиционно предполагалось. Но как бы то ни было, этот период истории Солнечной системы и Земли находится в фокусе многих исследований, проводимых в настоящее время относительно Солнечной системы и ее бурного и неоднозначного прошлого.