Глава 6
Последние выжившие

Фокусы с исчезновением – это популярный и увлекательный тип теорий. Сначала вы постулируете существование объекта, который очень важен и может объяснить все. А затем вы заставляете его исчезнуть! Или прячете. Сто лет назад была популярна гипотеза, что блуждающая звезда прошла очень близко от Солнца и вырвала Солнечную систему из его недр. Разумеется, найти эту звезду на просторах Галактики никак не получится.

Иногда виновник находится достаточно близко, чтобы сделать то, что положено, но слишком далеко, чтобы его можно было отыскать прямо сейчас. Такие предсказания могут быть чрезвычайно успешными – а могут и не быть. Как мы уже знаем, существование Цереры было предсказано с помощью геометрической прогрессии, известной как правило Тициуса – Боде. В 1840-х гг. на основании данных о нерегулярности орбиты Урана, которые накопились со времени его открытия в 1781-м, был сделан прогноз о существовании массивной Планеты Х. В 1846 г. были произведены гравитационно-динамические расчеты слабого притяжения гипотетической планеты-гиганта, расположенной дальше от Солнца, на основании чего было предсказано ее местоположение. В ту же самую ночь, когда астрономы Берлинской обсерватории получили эти данные, они направили свой телескоп в небо и, словно по мановению волшебной палочки, обнаружили Нептун, ледяной гигант, который замыкает внешнюю Солнечную систему.

В других случаях найти виновника так и не удалось. Предположительно скрытая в сиянии Солнца планета Вулкан была изобретена, чтобы объяснить отклоняющуюся от теории Ньютона прецессию орбиты Меркурия, причину которой в конце концов установил Эйнштейн. Сегодня есть еще одна Планета Х или, скорее, пара планет, одна из которых предположительно в десять раз больше Земли по массе и находится в сотнях астрономических единиц от Солнца – достаточно близко, чтобы объяснить загадку наклонения орбит планет, но достаточно далеко, чтобы быть в тысячу раз тусклее Плутона, так что неудивительно, что мы ее пока не нашли. Если она действительно существует, то будет обнаружена очень скоро, как только Большой синоптический обзорный телескоп начнет выдавать десятки терабайт снимков неба каждую ночь. Если же нет, мы переключимся на поиски Планеты Y.

Далее, есть гипотеза, что первоначальная система Сатурна скрыта внутри Титана. Откуда нам знать? Или что система суперземель и нептунов исчезла внутри Солнца, оставив позади лишь Меркурий, Венеру и Землю. Чтобы изучить эти сценарии, мы должны обратиться к былому хаосу, но путь туда, возможно, потерян. Мне нравится идея о первоначальной Солнечной системе, но в ее поддержку не существует никаких веских доказательств. Она возникла, когда нам начало казаться, что в большинстве планетных систем тела располагаются гораздо более плотно и что наша Солнечная система представляет собой аномалию. За следующие десять лет мы подробно изучим достаточно таких систем, чтобы составить более четкое мнение по этому поводу.

В стандартной модели образования Луны Тейя выполняет роль повивальной бабки, которая помогает ребенку появиться на свет и исчезает. Или она все еще где-то здесь? Согласно этой модели, основная часть Тейи покоится внутри Земли – возможно, это могло бы объяснить некоторые значительные неоднородности в составе мантии. Но существенная доля Тейи закончила свой путь в небесах. По результатам компьютерного моделирования гигантского столкновения бóльшая часть вещества Луны восходит к ударяющему телу. Интуитивно это кажется разумным: при аккреции Землей ядра и глубоких слоев мантии Тейи вначале образовался двойной сфероид, который мог отбросить самые отдаленные части незваного гостя – подобно тому, как вы можете потерять сумку, когда запрыгиваете на ходу в отъезжающий автобус.

Но, хотя физически Тейя скрыта и мы каким-то образом представляем себе, что произошло, химически она, кажется, просто исчезла. Кислород составляет почти 30 % от массы Земли и 45 % – от лунных и земных пород коры. Изотопы кислорода ¹⁶О, ¹⁷О и ¹⁸О, так же как и другие элементы, например титан, цирконий и калий, выполняют роль отдушек, по соотношению которых можно судить о происхождении минералов. Их атомные свойства остаются в целом одинаковыми, но их массы (число нейтронов в их ядрах) отличаются, так что они и служат показателями. Соотношения изотопов кислорода в земных горных породах одинаковы, как и следовало ожидать, если наша планета возникла из единого или хорошо перемешанного источника вещества. С этой точки зрения земные горные породы отличаются от марсианских, а и те и другие имеют значительные отличия от изотопного состава кислорода на Солнце. Метеориты также сильно различаются по изотопному составу, но путаницу тут вносит то, что мы не знаем причины этих различий, а в данных очень много неопределенности.

Лунный кислород неотличим от земного с точностью до 0,001 %. Процентные содержания изотопов титана, элемента, который с химической точки зрения проявляет совсем другие свойства, чем кислород, имеют расхождение в 0,0004 %. То же самое верно и для циркония и так далее. Лунные и земные породы с высокой степенью достоверности происходят из одного изотопного источника, но тем не менее между ними есть и различия. Луна бедна изотопом калия ³⁹К в сравнении с ⁴¹К, но это согласуется с идеей, что более легкие изотопы, как и вода, быстрее испаряются и теряются в чрезвычайно напряженном состоянии после столкновения. Это особенно ярко проявляется в случае с такими «полулетучими» элементами.

К концу 1990-х гг., хотя геохимики и находили не согласующиеся с ней данные, теория гигантского столкновения начала обретать убедительную форму как динамическая модель. Она объясняет отсутствие на Луне металлического железа, большой момент импульса системы Земля – Луна и низкое содержание воды в образцах, доставленных «Аполлоном». Ударный разогрев привел к образованию лунного океана магмы, который является необходимым начальным состоянием для появления лунной коры из анортозита. В довершение всего, эта теория объясняла все эти факты, постулируя событие, которое достаточно скоро было признано типичным для поздней стадии формирования землеподобных планет, стадии слияния олигархов.

В качестве совершенно иного подхода к проблеме планетообразования ученые в то же время терпеливо измеряли изотопный состав минералов из образцов, доставленных «Аполлоном», и использовали при этом все более впечатляющие методы. Полученные результаты вскоре расшатали первоначальную теорию гигантских столкновений. Самое большое фактическое противоречие – Луна якобы по большей части состоит из вещества Тейи, но явных геохимических свидетельств этого в лунных образцах не нашлось, – привело к очень плодотворным двум десятилетиям, в течение которых идеи о формировании Луны вели себя подобно планетам, иногда сталкиваясь и поглощая друг друга. Но в остальном наши разнообразные теории напоминают то, как в 1929 г. британский астрогеофизик Гарольд Джеффрис описал свою область знаний: «Полный непроверенных гипотез сарай, где нужно время от времени проводить весеннюю уборку, отправляя на костер все лишнее».

Возможно, Тейя ударила Землю с такой энергией, что они взорвались, стартовав с нуля как гомогенная смесь. Возможно, Земля и протолунный диск после гигантского столкновения каким-то образом обменялись практически всем кислородом. Возможно, у Луны на самом деле другой состав, но ее породы были позже похоронены под толстым слоем вещества земного происхождения. Возможно, имели место несколько гигантских столкновений меньшего масштаба. Возможно, Тейя возникла из того же изотопного источника, что и Земля, – гипотеза, которая разрешила бы все противоречия, но требует выполнения слишком многих условий.

Теория, выдвинутая в 1879 г. Джорджем Дарвином элегантно разрешила бы этот кризис, если бы только в ней сходилась физика. В соответствии с этой теорией, кратко описанной в первой главе, Земля вращалась так быстро, что Луна была выброшена из мантии – оставив после себя Тихоокеанский бассейн, как позднее говорили некоторые. Дарвин первым разработал теорию приливных сил, чье действие оттягивает Луну от Земли. В прошлом наш спутник был гораздо ближе, и скорость приливной миграции, таким образом, была гораздо выше. Каждое действие (расширение орбиты Луны) имеет равное противодействие (замедление вращения Земли), так что если вернуться к самому началу и предположить, что все вещество сосредоточено в одной планете в центре, то можно говорить о долунной Земле, вращающейся вокруг своей оси с периодом в пять часов.

Планета, вращающаяся так быстро, будет не совсем сферической, как астероид Веста (период обращения 5,3 часа). Но, чтобы исторгнуть спутник, планете нужно вращаться еще более чем в два раза быстрее. Не подозревая о гигантских столкновениях или о блуждающих планетах размером с Марс, Дарвин предположил, что Солнце могло посредством резонанса добавлять энергии к приливному бугру, пока тот не вздыбился и Луна не изверглась наружу, как Афина из головы Зевса. Тем не менее, даже если бы этот механизм сработал, лунный сгусток вероятно либо сразу рухнул бы обратно, либо улетел бы в космос; чтобы он вышел на почти круговую орбиту, потребовались бы очень специальные условия. И даже если бы крупный сгусток и вышел на орбиту, он бы обращался вокруг Земли так быстро (один оборот за два часа), что его собственный приливный бугор, немного отставая, вскоре стащил бы его вниз. Дарвиновской Луне понадобился бы сильный дополнительный толчок.

Мы можем сколько душе угодно находить дыры в теории Дарвина, и в этом-то все и дело. Она стала первой полностью научной и потому опровергаемой моделью происхождения Луны, так что мы постоянно к ней возвращаемся. Тот факт, что ее первоначальный вариант не мог сработать, тут не важен: приливная модель подготовила почву для всего, что последовало за ней. А конечный вариант с аккрецией в результате гигантского столкновения геофизически и динамически совместим с тем, чего требует теория Дарвина. Он концентрирует в одном месте огромный момент импульса и заставляет Луну выскочить из мантии – но, как выясняется, не из той мантии!

Любая модель происхождения Луны должна создавать спутник, обращающийся по крайней мере в нескольких земных радиусах, потому что иначе его стащит вниз. Это может объяснить то, что у Марса есть только два маленьких спутника – похожие на картофелины Фобос и Деймос, обращающиеся в трех и семи радиусах Марса и имеющие диаметры 22 и 12 км соответственно. Крупных спутников у Марса нет не потому, что он мал, но потому, что он вращается слишком медленно, чтобы удержать такой спутник от падения.

Когда после слияния в результате гигантского столкновения вокруг планеты формируется диск из обломков, в границах предела Роша возникает зона, где приливные силы планеты разрывают спутник на части до того, как его аккреция может завершиться. Для каменистых планет этот предел соответствует орбитальному расстоянию примерно в 2,5 радиуса и орбитальному периоду в восемь часов. Скажем, произошло гигантское столкновение, образовался диск обломков, и сразу за пределом Роша начинает формироваться массивный спутник с орбитальным периодом в десять часов. При периоде обращения древней Земли в пять часов новорожденная Луна, появившаяся на этом расстоянии, будет постепенно подниматься на все более высокие орбиты. За десять миллионов лет она отойдет на десять земных радиусов, то есть будет своим чередом двигаться туда, где находится сейчас.

Конденсация спутника выше предела Роша в случае Земли помещает Луну на спираль, уводящую ее вовне. В случае с Марсом дело обстояло бы не так. Причина, по которой у Марса нет крупного спутника, состоит в том, что его сутки длиной в двадцать пять часов в пять раз дольше суток древней Земли и, возможно, не сильно изменились с тех пор. (У Марса нет крупного спутника, который мог бы его замедлить так, как Луна замедлила Землю.) Выдвигалось предположение, что образование Северного Полярного бассейна создало протолунный диск, который, согласно результатам компьютерного моделирования, сгустился бы сразу за пределом Роша, сформировав новый спутник Марса. Проблема в том, что это новое тело находилось бы внутри опасной зоны, обращаясь вокруг Марса быстрее, чем Марс вращается вокруг своей оси. Оно оказалось бы на спирали, ведущей внутрь, а не вовне, и вскоре разбилось бы о марсианскую поверхность – финал, путь к которому занял бы от нескольких лет до нескольких тысячелетий в зависимости от массы спутника, высоты его орбиты, приливного трения, которое он создает, и воздействия атмосферы.

Фотография марсианского спутника Фобос (диаметр 22 км), сделанная зондом «Марс Экспресс» с помощью стереоскопической камеры высокого разрешения.

Фобос, находящийся на расстоянии 2,8 радиуса Марса от центра планеты, попадает в эту зону, поэтому он идет по спирали вниз и, по прогнозам, разобьется через 40 млн лет. Удивительно, как нам вообще посчастливилось его застать. Его разрушение будет чрезвычайно эффектным зрелищем, после которого в небе появится новый маленький Сатурн. Когда Фобос углубится внутрь предела Роша, он распадется на череду осколков, которая растянется в кольцо и будет опускаться на планету по спирали, подняв в конце облака пыли и оставив после себя полосу кратеров. Если дальше рассуждать о фокусах с исчезновением, можно вспомнить гипотезу, что Марс на самом деле все-таки имел крупный спутник в тысячи раз больше Фобоса и Деймоса, размером с Весту, который сформировался в результате гигантского столкновения, а потом рухнул обратно на Марс. Но его короткая жизнь не прошла впустую. Во время своего смертельного спуска по спирали он гравитационно провзаимодействовал со всеми внешними мелкими спутниками, забросив их на более долгоживущие высокие орбиты. Возможно, имел место даже повторяющийся цикл падающих лун.

Если Фобос и Деймос – это только осколки первоначального, более крупного спутника Марса, тогда он должен был разбиться о марсианскую поверхность со скоростью 3–4 км/с, словно опоясав планету по экватору. Геологически эта полоса (или слой) была бы хорошо замаскирована как осадочные и пирокластические (перенесенные по воздуху вулканические) отложения с некоторой примесью материалов спутника. Вероятно, это была бы первая запись в геологической летописи Марса после формирования Северного Полярного бассейна. Сейчас она, возможно, неразличима из-за достаточно активных циклов эрозии, отложения осадочных материалов, а также вулканических явлений, которые с тех пор пережил Марс.

Земля и Венера сами по себе являются примером гигантского фокуса с исчезновением. В два раза обогнав Марс по диаметру, они сосредоточили в себе 93 % горных пород, сохранившихся между Солнцем и Юпитером. Каждая из них поглотила около десятка эмбрионов размером с Марс, которые, в свою очередь, выросли, поглотив десятки планетезималей размером с Луну, и так далее. Это пищевая цепочка планетного роста: большинство тел исчезают в утробе более крупных. На мгновение представьте себе, что Протоземля и Протовенера были двумя самыми крупными акулами в океане внутренней Солнечной системы и съели почти всех более мелких акул. Это стандартная точка зрения, но есть одна тонкость, связанная с отсевом, которую обычно упускают, однако я считаю ее очень важной.

Если Земля и Венера собрали всех более мелких акул, тогда неважно, ели эти мелкие еще более мелких или нет, – свидетельств того, как проходил этот процесс, не останется. Нельзя сказать, имело ли место безумное пиршество маленьких акул, в результате которого остались три или четыре акулы побольше, которых потом поглотили Земля и Венера, или Земля и Венера непосредственно сожрали всю мелочь. Это не принципиально, и мы об этом никогда не узнаем.

Но аккреция планет – процесс отнюдь не со стопроцентной эффективностью; одна из ее главных характеристик – это то, что иногда мелкие акулы ускользают. Что, если на каждые девять более мелких акул Протоземля и Протовенера пропускали одну? А что, если эти более мелкие акулы, в свою очередь, пропускали небольшую долю еще более мелких? Так у нас в итоге окажется некоторое количество акул чуть помельче, которых очень трудно поймать, множество более мелких, которых поймать еще труднее, и так далее – плюс Земля и Венера, «победители» соревнований по аккреции.

Рассматривая популяцию небесных тел, оставшихся после окончания планетообразования, вы можете подумать, что эти хитрые, изворотливые, удачливые акулы являются типичными представителями первоначальной популяции – но это будет ошибкой. Это не случайные представители, поскольку они прошли определенный отбор по умению избегать того, чтобы их поймали. Вот еще один пример того, что мы называем систематической ошибкой, связанной с отсевом участников. Возьмем сотню солдат, отправляющихся на войну: ничем не примечательных, неопытных молодых рекрутов из обычных семей. (Они будут представлять эмбрионы из самых разных частей внутренней Солнечной системы, начальные тела планетообразования.) У каждого такого солдата есть собственные уникальные качества, которые вот-вот будут проверены в бою, и собственная степень удачливости. После тяжелой кампании вернулось, скажем, только десять человек, остальные погибли. Те, кто выжил, имеют выдающиеся личные качества и боевые навыки и могут рассказать немало историй о необыкновенном везении. Возможно, один или двое дезертировали, чтобы избежать кровавого пекла. Постепенно земля поглощала все больше солдат (тоже своего рода аккреция), и в результате этого отсева в живых осталась очень разнородная группа покрытых славой ветеранов.

Рождаясь в хаосе и нестабильности, планетные системы в начале своего существования непредсказуемы, как весенняя погода. В течение миллионов лет они развиваются, достигая стабильного состояния, когда планеты и их спутники методом проб и ошибок уже научились избегать друг друга – либо держась подальше от соседей, либо вступая с ними в резонанс, при котором не происходит столкновений. Примерно как люди, не правда ли?

Резонанс галилеевых спутников Юпитера не позволяет им сдвигаться независимо друг от друга, что привело к орбитальной стабильности Ио, Европы и Ганимеда. Подобным же образом Нептун никогда не столкнется с Плутоном, а Тефия никогда не налетит на Калипсо и Телесто, хотя все три обращаются по одной и той же орбите вокруг Сатурна. Другие резонансы менее очевидны. Например, Венера делает почти 13 оборотов на каждые 8 оборотов Земли, выписывая вокруг нее пятиконечный цветочный орнамент. Это указывает на то, что Земля и Венера могли быть каким-то основополагающим образом связаны в момент своего образования.

В конечном итоге Венера и Земля получили одно и то же процентное содержание железа и горных пород, а также выросли до примерно одного размера, так что любая связь и любое различие между ними важны. Венера вращается вокруг своей оси медленнее, чем все остальные планеты (с периодом в 243 земных суток, причем в обратную сторону), и у нее нет спутников, но я бы сказал, что по большому счету ее сходство с Землей перевешивает различия. Согласно гипотезе первоначальной Солнечной системы, Венера и Земля – хитрые акулы, которые не дали себя сожрать суперземлям и нептунам, лавируя в окружающем хаосе. Если это верно, мне кажется, они должны были бы различаться сильнее, примерно как Меркурий и Марс. Вместо этого все выглядит так, будто две самые крупные акулы поделили между собой океан, но выросли немного разными.

Если Земля покоится в центре этой «Розы Венеры», то Венера, подобно спирографу, выписывает такой цветочный орнамент, иногда приближаясь, а иногда отдаляясь, пока обе планеты обращаются вокруг Солнца. Кажущееся движение Венеры относительно Земли имеет такую изящную пятиконечную траекторию, потому что Венера совершает вокруг Солнца почти точно 13 оборотов на каждые 8 оборотов Земли. Причины этого нам неизвестны

Другой парадокс – проблема «теплого, влажного Марса» – может быть списан на хаотичность динамики планет. Спустя полмиллиарда лет после их формирования, когда светимость Солнца составляла только три четверти от сегодняшней, атмосферные и климатические условия на Марсе позволили появиться извилистым каналам, катастрофическим наводнениям и цепочкам кратерных озер. Однако в пересчете на квадратный метр Марс получает всего 43 % солнечной энергии Земли, и там должно было быть еще холоднее, когда Солнце выдавало всего три четверти нынешнего тепла. Согласно результатам климатического моделирования, теплый и влажный Марс должен был иметь атмосферу с давлением углекислого газа в два бара – только так у него был шанс на температуру у поверхности выше точки замерзания воды. Выполнив свою функцию парникового газа, гигатонны CO₂ должны были бы исчезнуть безо всякого следа. Пропавший углерод был бы сразу заметен в стратиграфической летописи так же, как на Земле слои так называемой полосчатой железистой формации возрастом от 2 до 2,5 млрд лет свидетельствуют о внезапном росте содержания кислорода – что вполне достойно небольшого отступления.

Фотосинтез появился на Земле более 3 млрд лет назад, начав производить кислород – а конкретнее О₂, свободный молекулярный кислород, присутствующий в атмосфере. Большая часть жизни на планете не была приспособлена к этому высокореактивному ядовитому газу, но все было в порядке, так как О₂ удалялся так же быстро, как производился. Он окислял горные породы, делая их красными (вспомните ржавчину, FeO). Но примерно 2,4–2,7 млрд лет назад маты фотосинтезирующих цианобактерий словно с цепи сорвались. Они заполнили собой воду и сушу, вызвав кислородную катастрофу – событие, завершившее архей, начавшее протерозой и в конце концов приведшее к возникновению сложной жизни. На Марсе нам бы хотелось отыскать следы подобных крупных событий древности, и исчезновение практически всей атмосферы было бы одним из них.

Если у Марса имелись богатая углекислым газом атмосфера и большое количество воды на поверхности («теплый, влажный» сценарий), тогда СО₂ растворялся бы в воде и выпадал в осадок в виде карбонатов. Если бы два бара углекислого газа пропали таким образом, весь Марс был бы покрыт многими метрами очень узнаваемых минералов – карбонатов. Но их нет. Хотя мы знаем некоторые их обнажения, по большей части это лишь следовые количества, которые можно объяснить и при нынешних климатических условиях. Еще одна гипотеза состоит в том, что СО₂ был унесен солнечным ветром, поскольку у Марса слабое магнитное поле и низкая скорость убегания. Но, если поток солнечного ветра был таким мощным, чтобы сдуть с Марса два бара углекислого газа, вам не кажется, что не имеющая магнитного поля Венера тоже должна была потерять почти всю свою атмосферу, раз уж воздействие Солнца на нее в пять раз сильнее? Без четкого объяснения теплого и влажного древнего Марса, возможно, нам стоит поискать альтернативную гипотезу – что возвращает нас к планетному хаосу.

Марс существует в динамической тени планет-гигантов. В первоначальной модели Ниццы, где 3,9 млрд лет назад Юпитер и Сатурн мигрировали через точку орбитального резонанса 2:1, землеподобные планеты, особенно Марс, остались на возмущенных орбитах. Это считалось недостатком модели, что привело к появлению описанного выше сценария «прыгающих Юпитеров». Но, с другой стороны, сильно возмущенная орбита Марса может быть прекрасным объяснением для свидетельств наличия там в прошлом потоков жидкой воды даже в отсутствие массивной атмосферы – при том условии, что в итоге планета сместилась на свою нынешнюю, менее возмущенную орбиту.

Сегодня эксцентриситет орбиты Марса равняется 0,1; другими словами, в перигелии он приближается к Солнцу на 1,4 а.е., а в афелии отдаляется на 1,7 а.е. В перигелии планета получает на 45 % больше тепла, чем в афелии, что вносит вклад в сложный сезонный цикл. Что, если в прошлом Марс имел значительно больший эксцентриситет, например, 0,3? Тогда бы он ходил от 1,1 а.е., где в течение примерно шести месяцев получал почти столько же тепла, как Земля, до 1,9 а.е. во время долгой, чрезвычайно холодной зимы, длящейся около 15 месяцев. Это чередование замерзания и оттаивания запустило бы мощные гидрологические процессы, которые растопили бы вечную мерзлоту и ледяные шапки, вызвав катастрофические затопления северных низин. Так бы продолжалось до тех пор, пока не кончился весь этот карнавал.

Сумасшедшая идея? Возможно, ведь нам нужно еще объяснить, как Марс снова стал «нормальной» планетой с эксцентриситетом 0,1. Но эта гипотеза ничем не безумнее предположения об атмосфере с давлением в два бара, исчезнувшей безо всякого следа. И такой Марс все же двигался бы немного менее странно, чем его аналог, создавший Луну согласно стандартной модели гигантского столкновения, – так что судите сами, повезло ли Марсу и не повезло ли Тейе.

На сегодняшний день орбиты основных планет стабильны во временном масштабе миллиардов лет. За последние 2 или 3 млрд происходили только относительно небольшие столкновения – например, то, из-за которого вымерли динозавры. Астероиды километрового диаметра ударяют Землю примерно раз в миллион лет, формируя импактные кратеры и океанские впадины. Иногда астероид или комета распадаются во внутренней Солнечной системе, вызывая череду мелких столкновений. Стометровые околоземные объекты врезаются в нашу планету каждые плюс-минус 30 000 лет. Большинство из них оставляют ямы диаметром в несколько километров на океанском дне, а остальные лежат никем не обнаруженные в джунглях или под осадочными породами.

По совершенно понятным причинам нам интересно, где и как возникнет следующий геологически значимый кратер, но на этот вопрос, к сожалению, существует только статистический ответ, потому что на отрезках времени более 300 лет положение любого объекта, регулярно проходящего близко от Земли и Луны, является хаотическим, а в обозримом будущем никаких событий не предвидится. Только вдумайтесь: вероятность того, что любой из известных астероидов врежется в Землю, меньше, чем вероятность того, что какой-либо случайный астероид того же размера поразит нас до этого. Это примерно все, что мы можем сказать.

Сегодня на то, чтобы исследовать и понимать околоземные объекты, тратится очень много усилий, но еще 50 лет назад ими мало кто занимался или осознавал связанную с ними опасность. Считалось, что ямы на Луне возникли целые эоны назад. Астрономы, многие из которых были любителями, собирали астероиды как марки, как курьезы, которым можно дать имя. Только немногие воспринимали их как основной объект своих исследований. Кометы привлекали больше внимания. Они были экзотическими пришельцами с постоянно меняющейся активностью, позволяющими получать поразительные спектроскопические данные во время своих зрелищных проходов. На Земле тогда было известно всего несколько ударных кратеров, в том числе Аризонский кратер, и немногие крупные образования вроде Попигая в России. Что еще важнее, до 1990-х гг. мы не видели ни одного изображения астероидов; они были для нас просто точками в небе, под стать своему названию, которое в переводе с латыни значит «подобные звездам».

Интерес к астероидам со стороны большой науки пришел из неожиданной области – из седиментологии, и тут нужно вернуться к меловому периоду. Каждый год Землю поражают 20 000 тонн осадочных пород космического происхождения, по большей части – в виде метеороидов размером от пылинки до гравия, ударяющих в верхние слои атмосферы. Метеороиды валунной размерности проникают глубже, взрываясь на высоте 50–80 км и распадаясь на пыль и мелкие фрагменты (метеориты). Частицы космической пыли тормозятся до того, как слишком сильно нагреются, так что они снижаются на земную поверхность в относительно неизменном состоянии и вносят свой вклад в космическое загрязнение вашей крыши.

Космическая пыль становится частью осадочных отложений, которые скапливаются на дне моря. По сравнению с земными отложениями, которые приносит мутная речная вода, они составляют лишь крошечную долю. Когда континенты поднимаются и идет много дождей, в моря сбрасывается больше отложений, так что доля космической пыли еще сильнее снижается. С другой стороны, в сухом и холодном климате земных отложений мало, и доля космической пыли увеличивается. Так что, измерив долю космической пыли в донных осадочных породах, можно оценить скорость эрозии на суше и таким образом определить активность в этот период гидрологического цикла, то есть облаков и дождей.

Космическая пыль является примитивным веществом и содержит элементы, которыми сильно обеднена земная кора. Среди тех из них, концентрацию которых достаточно легко измерить, – иридий, металл, составляющий лишь 0,0000002 % вещества земной коры. Иридий и другие сидерофильные элементы (то есть элементы, которые обладают сродством к железу, такие как золото и вольфрам) исчезли из коры, когда расплавленная Земля делилась на слои: они отправились вместе с железом в ядро. Частицы космической пыли – это по большей части первичный, не подвергавшийся дифференциации материал, поэтому иридия там в тысячи раз больше, чем в горных породах земной коры. В итоге, хотя эту пыль не увидеть глазом, избыточный иридий можно распознать с помощью масс-спектрометра. Если на поверхность Земли из года в год выпадает 20 000 тонн космических отложений, тогда количество иридия в слое пропорционально времени, которое ушло на его формирование.

Мел-палеогеновое вымирание, также известное как «событие К/Т», оказалось исключением из этого правила. Эта смена крупных геологических периодов, случившаяся 65,5 млн лет назад, выглядит как тонкий слой глины в осадках на морском дне по всему миру и иногда в приповерхностных отложениях, которые были захоронены еще до того, как подверглись эрозии. В этом граничном слое глины наблюдается значительная аномалия по содержанию иридия, указывающая на обилие космической пыли и означающая, что этот слой формировался в течение долгого времени в период медленной эрозии. Космические отложения должны были бы накапливаться в нем миллионы лет. За это время не только вымерли динозавры, но и произошла глобальная смена самых разных живых форм: от трицератопсов на суше до диатомовых водорослей в морях.

Чтобы возникла такая мощная иридиевая аномалия, реки Земли должны были превратиться в тонкие ручейки. Целый геологический период должен был поместиться внутрь этого тонкого слоя – что соответствует замерзшей планете, «Земле-снежку», где континенты и океаны на протяжении миллионов лет покрыты льдом. Или, быть может, Земля стала планетой-пустыней, где миллионы лет не было дождя? Все эти объяснения не сообразовывались со здравым смыслом, потому что меловой период был золотой порой динозавров, временем расцвета существ, населявших болота и джунгли, а также богатой океанской флоры; тогда не было ни ледникового периода, ни похожей на Марс планеты-пустыни, ни даже никаких намеков на то, что нечто подобное может случиться в ближайшее время. Так что в итоге «событие К/Т» так и оставалось необъяснимым, что привело к огромному разнообразию мнений по поводу того, как вымерли динозавры.

Одним из моих первых детских сокровищ стал стереоскоп – популярная в 1960-е гг. игрушка, которую вы не встретите теперь, когда все уткнулись в свои мобильные телефоны. Я получил его во время семейных каникул в штате Юта вместе с полудюжиной дисков с парными изображениями – по одному для каждого глаза. Стереоскоп следовало направить на свет, как обычный бинокль, и сдвигать рычажок так, чтобы одна объемная картинка сменяла другую. Тираннозавр словно выпрыгивал на тебя! То же самое относилось и к стегозавру, чьи тяжелые хвостовые шипы защищали его от голубоватого монстра. Фоном служила немного напоминающая Юту изрезанная каньонами пустыня, где для полноты картины дымились вулканы – что же за страшное было время! Но вокруг попадались и пальмы. В то время окружающий пейзаж не играл для меня особой роли, но теперь-то я знаю: никто и понятия не имел, каким он должен был быть.

Но может, стоило поставить под вопрос саму мысль, что высокое содержание иридия соответствует выпадению космической пыли? В 1980 г. геолог из Беркли Уолтер Альварес, его отец физик Луис Альварес и их коллеги предположили, что никакого накопления пыли в течение миллионов лет не было и что вся она появилась в результате падения одного-единственного огромного «болида» – гигантского метеорита. Их статья стала примером революции того рода, когда люди (в том числе родственники!), являющиеся специалистами в очень несхожих областях, собираются в команду, чтобы объяснить какой-то неопровержимый факт, не вписывающийся в принятые ранее представления. Как по мне, это было открытие сродни коперниковскому.

Количество иридия во всем слое К/Т эквивалентно тому, что можно обнаружить на астероиде диаметром 10 км. Таким образом, этот астероид врезался в Землю и, как пушечное ядро, падающее в воду при замедленной съемке, проделал в ней 100-километровую дыру. Разлетевшиеся фрагменты астероида образовали слой метеоритной пыли толщиной в среднем около одного миллиметра, смешавшийся с сантиметрами таких же по размеру частиц изверженной породы и материала, поднятого при приземлении выбросов. Извергаемый материал ударялся о поверхность со скоростью от 5 до 10 км/с – то есть не просто разрушал ландшафт, но превращался в огненные шары, которые могли жарить животных заживо и вызывать лесные пожары. Океаны закислились, леса сгорели, а небеса на многие недели потемнели от дыма – мало что могло пережить такую катастрофу.

Слои пепла, выживание норных видов животных (наших предков), уничтожение планктона в закислившихся морях, глобальное прекращение фотосинтеза – все эти факты отлично укладывались в новую гипотезу, что слой К/Т не формировался в течение миллионов лет. Он появился за один день и короткий мрачный период сразу после него. По мере того как ученые продолжали исследования, находя все новые фрагменты мозаики (подводные оползни, вызванные столкновением; изменения в содержании изотопов углерода), эта история становилась все богаче. Решающим доводом стало обнаружение в начале 1990-х гг. самого кратера, названного в честь рыбацкой деревушки Чикшулуб, расположенной в районе предполагаемого эпицентра. (Кратер, один из самых больших на Земле, довольно мелкий и полностью скрыт под третичными отложениями.) Наконец, в составе слоя К/Т нашли фрагменты хондритов – то есть самого метеорита, виновника происшедшего.

Самые маленькие кратеры – это оспины, возникающие в соответствии с законами растрескивания породы; метеоры такого небольшого размера могут достигать поверхности только тех планет, где нет атмосферы, например Луны. (Такие оспины есть у многих лунных образцов.) Далее идут дыры с крутыми стенками, которые выглядят так, будто их отрыли киркой, а потом ямы размером с открытый карьер или вулкан. Когда планетарные кратеры становятся слишком большими, их дно выполаживается в результате просадок и они начинают напоминать широкие (много километров в поперечнике) круглые долины, разве что не имеющие ни входа, ни выхода. Кратеры больше 2–3 км в диаметре на Земле и больше 10 км на Луне (из-за низкой гравитации) переживают коллапс, образуя подобие неглубоких формочек для печенья со сложной геологией коры. Еще более крупные имеют центральные пики там, где после коллапса происходит отскок. Для сложных больших кратеров такой процесс опускания, возвращения и воздымания материала может вызывать последствия регионального масштаба и гигантские сотрясения, иногда даже меняющие природу коры всей планеты.

Гравитационное поле Луны имеет небольшие вариации, которые были замерены зондами GRAIL (The Gravity Recovery and Interior Laboratory, «Лаборатория по изучению гравитационных возмущений и внутреннего строения Луны») в 2012 г. Эти колебания силы тяготения связывают с масконами (пробками из плотного мантийного вещества, заполняющими крупные кратеры) и недостатком массы (удалением части материала в результате столкновений). Это черно-белый вариант исходного полноцветного изображения, поэтому темные участки соответствуют как повышенной, так и пониженной гравитации, которая характерна для крупных кратеров – долговременных отверстий в лунной коре. В центре – Море Москвы на обратной стороне.

Представьте, что вы копаете яму, чтобы посадить дерево. Вначале работать легко: вы просто переносите лопатой часть почвы с одного места на другое. Но чем глубже вы забираетесь, тем труднее идет дело – грунт сильнее спрессован, в него сложнее вставить лопату и к тому же каждый раз его приходится поднимать все выше и отводить все дальше. Работа, направленная против давления и гравитации, отнимает больше энергии. Теперь приложим этот принцип в масштабе целой планеты, масштабе километров и сотен километров. В какой-то момент на то, чтобы выбросить породу, требуется так много энергии, что происходит фазовый переход – она плавится из-за интенсивности раскапывания. Чем больше ударный бассейн, тем больше энергии требуется на каждую «лопату грунта», так что самые крупные кратеры могут расплавить целый регион, где они формируются, и никакого кратера не останется, только намек на то, что он когда-то существовал, – планета с обновленной поверхностью.

Самый большой лунный кратер (если это вообще кратер) – Океан Бурь, который охватывает более чем четверти окружности Луны, имея в диаметре почти 3000 км. Он образует почти все различимое с Земли «лунное лицо» и включает в себя меньшую и более несомненную ударную структуру – Море Дождей (диаметр 1100 км), которое выделяется на гравитационных картах нашего спутника. Хотя для астронавта гравитация на Луне ощущается как постоянная, в действительности она меняется от одного места к другому. В случае с Морем Дождей и другими крупными ударными структурами плотное вещество мантии поднялось, чтобы заполнить дыры, проделанные в более легких породах коры ударными кратерами. У Океана Бурь подобного маскона как такового нет: он так велик, что весь регион в целом восстановил гравитационное равновесие. Однако его периметр отмечен градиентами силы тяжести, как некой изгородью для лошадей вокруг большого пастбища. Мы пока не можем объяснить эти резкие (хотя и небольшие) вариации в плотности коры или верхних слоев мантии, которые на взгляд постороннего наблюдателя образуют «лунную пентаграмму», а если искать геофизические аналогии, я бы сказал, напоминают засохшую и растрескавшуюся грязь.

Нам неизвестно, является ли Океан Бурь одной ударной структурой или несколькими перекрывающимися кратерами. (Но какова вероятность такого совпадения?) Также неизвестно, связана ли окружающая его лунная пентаграмма со столкновением или она возникла намного позже как часть глобальных подвижек, своего рода тектонического процесса, который может быть связан со структурной дихотомией лунных полушарий: толстой корой на обратной стороне и тонкой – на видимой с Земли.

«Лунная пентаграмма» видна, если нанести на топографическую карту районов видимой стороны, прилегающих к Океану Бурь, величину градиента силы тяжести – резкость перепадов локального гравитационного поля, неуловимых для астронавтов, но имеющих определенное геологическое значение. Перевод изображения в черно-белый вариант делает его неоднозначным; чтобы увидеть все анимированное буйство красок, пройдите по ссылке .

Еще один крупный ударный кратер Луны – расположенный на юге обратной стороны бассейн Южный полюс – Эйткен диаметром 2500 км. (Южный полюс находится на его южном краю; кратер Эйткен – на севере; отсюда и незамысловатое название объекта.) Он является самым глубоким (13 км) и, возможно, самым древним из сохранившихся лунных кратеров. Этот район постоянно подвергался бомбардировкам и плотно покрыт более поздними кратерами, так что, хотя бассейн Южный полюс – Эйткен известен с 1970-х гг., наши представления о его геологии были туманными, пока космический зонд «Галилео» не пролетел через систему Земля – Луна во время одного из своих гравитационных маневров, который как из пращи направил его к Юпитеру. Аппарат нацелил свои ультрасовременные спектрометры и камеры на обратную сторону Луны, получил первые данные подобного рода и выявил в бассейне Южный полюс – Эйткен отличающийся по составу центральный район – кратер, пробивший насквозь анортозит толстой коры нагорий.

Мы можем оценивать диаметр тела, столкновение с которым создало бассейн Южный полюс – Эйткен (как и гигантские соседние бассейны), только по оценке объема огромной ямы, которая возникла сразу после того, как в Луну ударил астероид или комета. Эта яма немедленно обрушилась, совсем как кратер Элтанин в Тихом океане, но все-таки не полностью. В результате возник мелкий широкий бассейн, и спустя 4 млрд лет дальнейшей эволюции нам остается только гадать, что же стало причиной его появления. Предположительно, и Океан Бурь, и бассейн Южный полюс – Эйткен образовались при соударении с телами в одну десятую от массы Луны – крупными астероидами вроде Психеи или Весты. Хотя эти столкновения и нельзя отнести к гигантским, они приближаются к ним по масштабу.

Физику такого кратерообразования можно оценить исходя из повседневного опыта. Возвращаясь к уже знакомому нам сравнению: когда пуля ударяется в деревянный брус, она проходит свой диаметр за микросекунду. В процессе образования крупного кратера это взаимодействие замедляется в миллионы раз, пропорционально увеличению масштаба. Астероиду значительного размера требуется секунда или две, чтобы пробить лунную кору (разделите толщину коры на скорость столкновения). Чему-то настолько крупному, чтобы получился Океан Бурь или бассейн Южный полюс – Эйткен, потребуется целых 20 секунд, чтобы похоронить себя внутри Луны. А когда эта фаза «контакта и сжатия» завершена, само раскрытие кратера займет еще 10 минут. Хотя вам не хочется ничего пропустить, пока идет процесс, у вас будет время на чашечку кофе.

Начало идее о том, что у Земли когда-то было две луны, одна из которых превратилась в нагорья на обратной стороне нашего нынешнего спутника, как это часто случается в науке, было положено размышлениями о чем-то совершенно постороннем. Мы с Мартином Ютци из Университета Берна изучали странные формы комет, разрабатывая модели дробления и деформации при столкновении, чтобы понять, как именно происходит их аккреция – насколько быстро и каким образом. Кометы, как выяснилось из наблюдений, часто имеют «форму утки» с двумя скрепленными вместе неравными долями, как комета 67P/Чурюмова – Герасименко. Цель зонда «Новые горизонты» астероид Ультима Туле может служить другим подобным примером. В иных случаях кометы выглядят как слоистые груды – идея, которую защищает астроном Майк Белтон из обсерватории Китт-Пик, первопроходец геофизики комет, который также был руководителем группы визуализации во время экспедиции «Галилео» в систему Юпитера.

Скосите глаза. Это стереопара изображений имеющей форму утки кометы 67P/Чурюмова – Герасименко и исходящих от нее струй. Если вам удастся совместить изображения, сделанные со сдвигом в 1,2°, мозг воссоздаст трехмерную картинку. В момент фотографирования 4-километровая комета выбрасывала пыль и газ со скоростью десятков килограмм в секунду.

Аккреция ранних объектов внешней Солнечной системы происходила, как считается, посредством «аварий-гармошек из многих автомобилей», и Белтон предположил, что составляющее их вещество было мягким и пушистым, как пух в подушках, так что они могли формировать аккреционные структуры, которые он назвал «талпсами» (talps – слово splat, «нашлепка», прочтенное наоборот). Измеренные объемные плотности комет составляют примерно половину от плотности водяного льда – то есть они в самом деле должны быть пушистыми и легко деформируемыми. Если вы когда-либо строили снежную крепость, вам знаком этот процесс: шлепнуть наверх ком снега с достаточной силой, чтобы он расплющился и стал частью стены, а потом повторить это снова и снова.

Когда я пишу эти строки, комета 67P – цель космического аппарата «Розетта» – находится в интересной точке своей орбиты. Она слегка позади Юпитера и идет за ним следом, приобретая небольшое ускорение, как скейтер, которого тащат на канате. Комета вновь пройдет неподалеку от нас в 2021 г., потом в 2027-м и так далее. Это орбита типична для комет семейства Юпитера, которым всегда приходится избегать планет.

Erik Asphaug,

Некоторые кометы выглядят как слоистые груды, а другие – как резиновые уточки. После пролета космического аппарата «Дип Импакт» мимо кометы 9P/Темпеля, которая внешне оказалась крайне слоистой, мы с Мартином начали моделировать эти гипотетические столкновения, чтобы понять, что подразумевает такой удар в смысле физических характеристик, поддающихся замерам. Если кометезимали сливаются попарно со скоростью всего несколько метров в секунду, то их соударение происходит медленно, как пропорционально уменьшенное гигантское столкновение, и занимает часы. Хотя они движутся относительно друг друга лишь со скоростью велосипеда, импульса тут много – на велосипеде едет целая гора, – так что такого рода соударение находится за пределами возможного для любых лабораторных экспериментов и совсем вне нашего ограниченного интуитивного понимания.

Чтобы изучить эти медленные катастрофы, мы улучшали и тестировали наш программный код, включая в него пористость, сминание и трение, а потом моделировали эксперименты с оползнями, разгрузкой песка через дно и так далее. Выяснилось, что учет дробления, сминания, прочности и трения в большой мере затрудняет расчеты. Это может показаться странным, но для воспроизведения того, как ведет себя грязь, нужны суперкомпьютеры. Мы много обсуждали, как ускорить работу программы; в конце концов нам понадобился перерыв.

По пятницам моя кафедра устраивает короткий семинар в обеденный перерыв; в тот раз мы обсуждали форму Луны. Основные факты известны всем: Луна слегка продолговата, вытянута в направлении от Земли и так далее. Но она слишком продолговата, чтобы это можно было списать на сегодняшние приливные силы. Кроме того, согласно гравитационным моделям, лунная кора, состоящая из горных пород, которые имеют плотность на 20 % меньшую, чем мантия, должна образовывать слой одинаковой толщины (до 70 км) как на обратной, так и на обращенной к Земле стороне. На семинаре рассматривалась гипотеза, что свою вытянутую форму Луна получила 4,4 млрд лет назад, когда она обращалась гораздо ближе к Земле и намного быстрее вращалась вокруг своей оси. Если не принимать во внимание динамику (эту модель очень трудно, практически невозможно, заставить работать), фактические параметры вздутия на обратной стороне Луны, как выясняется, хорошо согласуются с такими теоретическими предсказаниями. Но я задался вопросом: разве быстрое вращение вблизи от Земли не создало бы одинаковые приливные бугры в обоих полушариях? Что же тогда произошло с видимой стороной?

В 1959 г. «Луна-3» стала первым космическим аппаратом, сделавшим фотографию обратной стороны Луны. Для этого были использованы технологии шпионской фотосъемки и пленка, добытая из американских разведывательных зондов. Подробнее об этом можно прочитать на . Несмотря на обилие помех и низкое разрешение, на снимке ясно видно, что рельеф тут радикально отличается от стороны, обращенной к Земле.

До 1959 г. у нас не было никаких непосредственных знаний об обратной стороне Луны. Она оставалась царством чистого воображения, пока не состоялся лучший, первый рывок человечества в лунной гонке. Советский Союз начал освоение космического пространства в 1957-м, запустив «Спутник-1», а к 1959 г. советские конструкторы, к ужасу американцев, доказали, что способны послать космический аппарат к Луне. В сентябре 1959 г. автоматическая межпланетная станция «Луна-2» врезалась в ближнюю сторону Луны, став первым созданным человеческими руками объектом, достигшим другой планеты. Тяжелая (почти 300 кг) и имевшая более серьезные научные задачи «Луна-3» была запущена несколько недель спустя. Она представляла собой классический продукт технологий 1950-х и была оснащена фотокамерой, первоначально разработанной для самолетов-шпионов, которая могла делать и широкоугольные, и длиннофокусные снимки. (До эпохи цифровой фотографии оставались еще десятилетия; в следующем году США удастся запустить на орбиту первую телекамеру.) Но у советских ученых не было ключевой технологии: фотопленки, не мутнеющей из-за характерных для открытого космоса жесткой радиации и резких перепадов температуры.

Выяснилось, что такая пленка была создана американскими военными и использовалась для того, чтобы шпионить за Советским Союзом с летящих на большой высоте воздушных шаров. США запускали их в струйное воздушное течение в Европе, ловили на Аляске, проявляли пленку и анализировали снимки и другие данные. Самыми холодными сибирскими утрами шары теряли высоту до того уровня, где их могли сбить советские МиГи, и тогда инженеры получали возможность изучить американские технологии. Среди находок была и устойчивая к радиации и скачкам температуры пленка, по большей части еще не отснятая. Много лет спустя главный инженер фотосистемы «Луны-3» рассказал, что тайно изъял эту пленку из американского воздушного шара, обрезал ее по размеру и загрузил в камеру лунного аппарата.

Таким образом, первые фотографии обратной стороны Луны были сделаны советской камерой на американскую шпионскую пленку, проявлены с помощью химических реактивов прямо на борту автоматической станции и поточечно сканированы с помощью узкого пучка яркого света, направленного сквозь фотопленку на фотоумножительную трубку. Это превратило их в аналоговые радиосигналы, которые могли быть переданы на Землю в следующие несколько недель. Сами фотографии, оставшиеся на борту автоматической станции, могли бы посоперничать по качеству с современными фотографиями Луны, но из-за процесса сканирования на Землю попали изображения, напоминающие нечеткий факс. Пленочная фотосъемка использовалась в исследованиях космоса еще довольно долго, отчасти из-за военного применения подобных технологий. В пяти экспедициях к Луне аппаратов «Лунар орбитер» в 1966–1967 гг. применялись, однако, куда более совершенные технологии сканирования пленки, позволившие получить некоторые из самых эффектных снимков в истории.

Первое изображение обратной стороны Луны стало шокирующим откровением. Вместо темных морей и дуг горных цепей там обнаружилось гигантское плато, растянувшееся на многие тысячи километров – испещренный кратерами щит. Хотя на Луне нет тектоники плит, которая могла бы создать такой щит (недостаточно тепла, слишком слабая гравитация), группирование морей на видимой стороне и толстая кора на обратной напоминают об относительно недавней (поздний пермский период, 250 млн лет назад) истории Земли, когда суперконтинент Пангея занимал одно полушарие, а океан Панталасса – другое. У Земли тоже бывали такие периоды асимметрии. Так что, возможно, сторону, обращенную к Земле, разорвала конвекция лунной мантии. Возможно, это была бомбардировка из космоса, по чистой случайности срезавшая одно полушарие. Возможно, виновато приливное воздействие Земли.

А может, тут замешана другая луна.

Семинар шел к концу, и я немного отвлекся. Я думал о том, какое по масштабу столкновение потребовалось бы, чтобы снести ближнюю сторону Луны, но не затронуть дальнюю. Возможно, ударяющее тело имело бы диаметр километров в 500, как астероид Веста. Я прикинул вероятность того, что удар по продолговатой Луне пришелся бы прямиком в один из приливных бугров, и то, как тут была бы задействована Земля, находившаяся от Луны, когда та затвердевала, примерно в десяти своих радиусах. Может, огромное количество скопившихся газов по какой-то причине оказалось именно под ближней, а не под дальней стороной. Газы вырвались через вулканы, заставив целое полушарие сдуться, как пробитую шину… Я падал в кроличью нору предположений. Взглянув на Мартина, я ударил ладонью по кулаку, намекая на наши исследования слоистых груд планетезималей. Он слегка пожал плечами, как будто говоря: «Ну да, почему бы нет?»

Мы вернулись в его кабинет, чтобы задать первоначальные условия для моделирования гигантской лунной нашлепки. Мы знали, что это должно было быть столкновение на относительно низкой скорости, потому что при скорости в 10 км/с Луна просто разлетелась бы на кусочки. В наших моделях образования комет мы сталкивали тела со скоростью убегания, которая в их случае составляет всего несколько метров в секунду – скорость велосипеда. Не слишком углубляясь в этот вопрос, мы установили скорость столкновения, равную скорости убегания для Луны – 2,4 км/с, понимая, что в таком случае нам потребуется объект очень особого рода.

Луна, как она выглядела бы при полуденном освещении с четырех разных ракурсов. Обратная сторона целиком – внизу слева. Следите за смещением при вращении небольшого Моря Москвы и кратера Циолковский с его необычной формой. Самые темные участки – это вытесненные из глубин лавы, а самые яркие – порода, изверженная из недавно возникших кратеров.

Что же до тела-мишени при таком столкновении, мы решили начать с сегодняшней Луны с ее маленьким железным ядром, а также мантией и корой из горных пород, вычтя несколько процентов массы для учета ударяющего тела из таких же пород, но без ядра. По массе мы сделали это тело таким, чтобы при размазывании его по одному из полушарий Луны образовался слой толщиной 30 км. Получился шар диаметром 1300 км – больше, чем Церера. А как насчет угла соударения? Предпочтительнее всего было бы лобовое столкновение, потому что в таком случае ударяющее тело точно шлепнулось бы на поверхность и расплющилось по ней вокруг точки контакта. Но мы не хотели быть пристрастными, поэтому задали угол в 45°, который является наиболее вероятным. Не расшвыряет ли тогда ударяющее тело вокруг Луны, создав вместо гигантской нашлепки странное толстое кольцо? Мы запустили обсчет модели на университетском компьютере и пошли домой.

Лимб Луны – это граница между ближней и обратной сторонами, предел того, что может видеть наблюдатель с Земли. Сразу за лимбом находится кратер Джордано Бруно – одно из самых таинственных явлений лунной геологии. Бруно, имея всего 22 км в диаметре, заполнен затвердевшей магмой, что неожиданно для кратера такого размера, а во всех направлениях от него расходятся яркие светлые лучи. Был ли это удар маленькой кометы, принесшей летучие вещества и большое дополнительное тепло? Или, напротив, это было нечто крупное и относительно медленное, так что ударный расплав остался в кратере? Лучи кратера Бруно геологически молоды, что привело к рассуждениям о том, что он даже мог образоваться в исторические времена, когда произошло событие, свидетелями которого стали пять монахов в ночь на 18 июня 1178 г.:

Эти сведения, записанные хронистом Гервасием Кентерберийским, можно рассматривать как набор данных. Вот пятеро монахов, которые клянутся, что это видели: трудно сомневаться в их искренности, ибо наказание за ложь сурово и на этом свете, и на том. К тому же у них нет никакого мотива, чтобы врать. Описание того, как месяц «бился, как раненая змея», звучит убедительно, а вся гипотеза заслуживает доверия еще и с точки зрения того, каким ярким должно было быть образование кратера Бруно. Кинетическая энергия удара в несколько тысяч раз превышала бы мощность самой крупной когда-либо взорванной атомной бомбы. Поскольку столкновение произошло около лунного лимба, с точки зрения земного наблюдателя столб выбросов в самом деле казался бы уходящим в космос и похожим на «огонь, раскаленные угли и искры». Сообщение, что «это повторилось дюжину раз и более», является тогда вполне понятным преувеличением, как и заявление, что Луна раскололась пополам.

Тем не менее сложно поверить, что подобное событие не нашло бы отражения в каком-либо еще источнике. Неужели никто больше не смотрел на небо в тот момент? Поэтому мы вынуждены поставить эти данные под сомнение. Одна проблема с гипотезой про монахов состоит в том, что формирование кратера Бруно в относительно недавнее время очень маловероятно. Статистически 20-километровые кратеры появляются каждые несколько миллионов лет, а это наблюдение происходило всего тысячу лет назад. Шанс, что кратер такого размера сформировался где-либо на Луне в последнее тысячелетие, составляет менее 0,1 %. И даже если отвлечься от низкой вероятности, тут есть более критичная проблема: такой взрыв на Луне замусорил бы систему Земля – Луна (окололунное пространство), и последствия этого было бы несложно наблюдать. Такой объем изверженных в космос пород (более миллиарда тонн) нашел бы дорогу на Землю, обеспечив нам сверкающие метеорные потоки на несколько столетий вперед – они продолжались бы до середины XVIII в. Ничего такого не произошло. Последняя несообразность в этой гипотезе состоит в том, что дно кратера Бруно испещрено мелкими кратерами диаметром в десятки метров. Они образуются с более-менее известной нам скоростью, так что возраст Бруно составляет примерно миллион лет. Он не мог сформироваться в исторические времена.

Если только у монахов не было коллективной галлюцинации, нам нужно как-то объяснить это поразительное, имеющее документальное подтверждение событие. Давайте расширим проблему, привнеся больше фактов. Мы не можем знать априори, что они видели импактное событие на Луне; это их собственная интерпретация. Они видели огонь, горящие угли и искры в небе и решили, что все это происходит на Луне. Но иногда разные объекты просто располагаются на одной линии. Сделаем шаг назад и задумаемся, что в определенные моменты Луна и Солнце оказываются в одном и том же месте в одно и то же время, и тогда происходит солнечное затмение, хотя на самом деле одно тело в 400 раз ближе, чем другое. И какова вероятность такого совпадения?

За миллиарды лет, прошедшие со времени ее образования, видимый размер Луны уменьшался, пока она по спирали удалялась от Земли. Так получилось, что примерно последний миллион лет Луна имеет примерно тот же угловой размер, что и Солнце. Это означает, что раз в несколько лет для наблюдателя с Земли Луна может на короткое время оказаться точно перед Солнцем. Это достаточно редкая ситуация: вокруг планеты обращается спутник точно с тем же кажущимся диаметром, что и ее звезда. Через несколько миллионов лет Луна будет обращаться так далеко, что начнет казаться меньше Солнца, и славная эпоха полных солнечных затмений уйдет в прошлое. Если межпланетный туризм вообще существует, полное солнечное затмение на Земле должно значиться во всех списках главных достопримечательностей.

Полные солнечные затмения наблюдаются в узкой (от 100 до 300 км шириной) полосе, в которой зона тени скользит по земной поверхности немного медленнее (1 км/с), чем Луна движется по орбите, поскольку вращающаяся вокруг своей оси Земля пытается за ней угнаться. Путешествие в зону полной тени – это чисто современное приключение, и я решился на него только один раз, 30 лет назад. Оно изменило меня до сих пор не осознанным мною образом, оставив в душе след в виде нового восприятия моего места в пространстве и времени. Я отправился в путь с двумя друзьями, тоже астрономами, и пилотом, знакомым одного из них. Мы полетели на юг на взятом в аренду самолете «Сессна» 1950-х гг., напоминавшем «Фольксваген-жук» с крыльями и обладавшем примерно той же вместимостью. Переночевав где-то посреди Калифорнийского полуострова, в день затмения мы с утра пораньше вылетели к той точке в пространстве и времени, где Солнце, Луна и Земля должны были выстроиться в одну линию.

Во время нашего продвижения по небу Земли я чувствовал себя мышью, карабкающейся внутри гигантского часового механизма, где цепляются друг за друга шестеренки, тикают маятники и вот-вот раздастся бой. Тонкая, как спичка, тень, которую отбрасывают Солнце и Луна, бежала по Земле сквозь пространство, а мы спешили ей навстречу в нашем летающем экипаже, пробиваясь сквозь атмосферные вихри в чудесный ясный день. Справа были горы, внизу – океан. Мои товарищи думали о том же, и моей обязанностью было отслеживать другие гнавшиеся за затмением самолеты – в какой-то момент мы видели их сразу шесть. Час спустя мы приземлились на грунтовой взлетно-посадочной полосе около маленького пляжного отеля, заехали на парковку, где стояло два или три десятка самолетов, прошли через очаровательный, простой внутренний двор и, спустившись по ступенькам, вышли на красивый пляж, где уже собралось около сотни путешественников в пространстве и времени, ожидавших заранее предсказанного чуда.

За следующий час мне предстояло узнать, что полное солнечное затмение невозможно увидеть. Глупо делать его фотографии – предоставьте это кому-то другому, кто умеет фотографировать лучше вас и потратил десятки тысяч долларов на необходимое для этого оборудование. Я очень рад, что на свете есть такие мастера, особенно теперь, когда они могут снимать завораживающее движение солнечной короны в высоком разрешении. Но каким бы качественным ни было изображение, оно никогда не передаст и сотой доли тех эмоций, которые испытываешь, глядя на затмение собственными глазами и ощущая его всем своим телом.

В романе Артура Кларка «2001: Космическая одиссея» есть момент, когда вождь племени питекантропов по имени Смотрящий на Луну пытается схватить Луну большим и указательным пальцами. Стрекочут кузнечики. На следующее утро племя просыпается около черного сверкающего монолита, возвышающегося прямо в центре их лагеря; они скачут, вопят и трогают его; он сводит их с ума. Полное солнечное затмение воздействует на психику подобным образом, только в наши дни меньше воплей и визгов. Наш просвещенный ум точно знает, что происходит. Мы заблаговременно планируем, что будем переживать именно это. У племени доисторических людей не было ни предуведомлений, ни предшествующего опыта.

Как только Луна начинает наезжать на Солнце, в следующие полчаса вам кажется, что над миром легла какая-то высокая облачная пелена, которая становится все плотнее. Даже часть Солнца сияет слишком ярко, чтобы на него можно было смотреть, так что вы не можете заметить тот кусочек, на который поначалу уменьшается его диск. Ваше зрение адаптируется к происходящему. Но через полчаса вы замечаете, что все выглядит как-то четче. Это происходит потому, что Солнце является не точечным источником освещения, но распределенным, размером с ноготь вашего мизинца, отставленного на длину руки. В самом деле, солнечный свет, проходя через булавочное отверстие, не дает пятно в форме этого отверстия, а проецирует перевернутое изображение Солнца. (Можете попробовать.) В результате края теней при дневном освещении всегда немного размыты; это видно и на фотографиях, сделанных с помощью камеры-обскуры, и астронавтам на лишенной атмосферы Луне.

Фотография полного солнечного затмения 21 августа 2017 г., наблюдаемого из окрестностей Джексона, штат Вайоминг. Изображение является комбинацией кадров, снятых с разной экспозицией, чтобы показать одновременно и солнечную корону, и детали поверхности Луны.

Когда Солнце превращается в тоненький полумесяц, тени становятся более четкими, но только в направлении сужения. На практике это ни на что не влияет, поскольку света по-прежнему достаточно, чтобы вы могли продолжать заниматься своими делами, но зрительная кора головного мозга, приученная обращать внимание на контрасты света и тени, сразу замечает что-то новое. Все вокруг делается немного нереальным. Вы садитесь отдохнуть под деревом и замечаете тысячи маленьких серповидных изображений Солнца, каждое из которых создано естественной камерой-обскурой листвы. Сощурившись и взглянув вверх, вы увидите, что Солнце превратилось в сверкающий белый ятаган. Луна пожирает Солнце!

Пеликаны кружат у берега, поднимаясь по спирали и будто рисуя в небе вопросительные знаки. Пожилой мужчина стоит на камнях, о которые разбиваются тихие волны. Мы лежим на песке в темных очках, а когда наступает полная фаза – с биноклями. Вокруг разливается бурлящая энергия, как будто кто-то добавил в пунш что-то странное. А затем это происходит. «Посмотрите на море!» – кричит мужчина. Мы смотрим туда, куда он указывает, и открытое море раскатывается перед нами, как упругая бесконечность. Облаков по-прежнему нет, но вода неожиданно вспыхивает цветом и преображается. Последний луч солнечного света отражается от вершин лунных гор, создавая узоры, которые бегут по Земле в виде волн и пурпурных полос. А потом эти оптические явления ускоряются, словно догоняя друг друга и…

Я уже не могу описать то, что видел, но помню, что слышал – звук гигантского гонга. Затем все стихло. Волны по-прежнему накатывали на песок, птицы попрятались. В этих странных сумерках стали видны планеты и самые яркие звезды. А среди них, полыхая над нашими головами шесть прекрасных минут, стояло в своей огненной короне черное Солнце, как будто кто-то проделал в небе дыру.

Затмения – это крупные астрономические события, происходящие по всему миру, и время от времени о них упоминают самые ранние тексты. В IV в. до н. э., во времена Аристотеля, Гань Дэ написал несколько (утраченных) трактатов о планетах. Возможно, он заметил Ганимед как яркую звезду около Юпитера. Теперь переместимся в ту эпоху, когда западная наука находилась в своем самом глубоком упадке, за столетие до монахов из Кентербери. Проводя свои последние годы в безмятежных садах, энциклопедист и государственный деятель Шэнь Ко составил «Беседы с кистью в Мэнси». Завершенный в 1088 г. труд вместил в себя стройную систему взглядов на музыку, геологию, астрономию, металлургию, ботанику, медицину и даже НЛО. За семь веков до того, как геология стала наукой на Западе, Шэнь Ко понимал природу окаменелостей и их значение для изучения далекого прошлого. Горизонт морских останков высоко в скалах означает повышение уровня суши или отступление моря, писал он, а окаменелый бамбук в обнажении пород посреди пустыни говорит об изменении климата. Также Шэнь Ко знал, что Луна – это шар, освещенный Солнцем: «Если покрыть белилами половину шара и посмотреть на него сбоку, эта часть будет выглядеть как полумесяц». То, почему лунные и солнечные затмения не происходят каждое полнолуние и новолуние, китайский ученый объяснял так: «Эклиптика и путь Луны – как два кольца, лежащие одно над другим, но на небольшом расстоянии». Приходится подождать, пока их циклы совпадут друг с другом.

Солнце, Луна, ветки и Земля.

Meryl Natchez,

Салют, случившийся на Луне позднее при той же династии Сун, был бы описан во всех подробностях; это было время изобретения пороха и бумажных денег. Так что же увидели озадаченные монахи в ту воскресную ночь перед праздником Иоанна Крестителя? Ну, дело было как раз в сезон метеоритного потока Таурид – события, которое, как мы знаем сегодня, вызвано тем, что Земля ежегодно проходит через полосу орбитального мусора, оставшегося от периодической кометы 2P/Энке. Так что имеется и альтернативная гипотеза, объясняющая рассказ монахов: один объект перед другим, яркий метеор, летящий прямо на них, причем с их точки зрения непосредственно на фоне Луны.

Это звучит невероятно, но на самом деле такое вполне возможно. Я сам однажды видел метеор, который летел прямо на меня. Он, казалось, вихлял, будто пьяный, поскольку я находился непосредственно на векторе его приближения. За последнюю тысячу лет по всему миру состоялись миллионы посиделок под открытым небом, так что вполне вероятно, что с кем-то такое произошло: яркий метеор, летящий прямо на наблюдателя и в проекции находящийся перед Луной.

Мы существуем в пространстве и времени, и то, что мы видим, определяется нашим восприятием. Иногда мы делаем поспешные выводы, но иногда реальность очевидна с первого взгляда. Инопланетянин с планеты, обращающейся вокруг звезды высоко над Млечным Путем, каждую ночь наблюдал бы огромную спираль нашей галактики и с самого начала знал бы, что его мир окружает бескрайняя Вселенная. Но в нашей переполненной звездами средней плоскости Галактики нам потребовались века астрономических наблюдений, чтобы это осознать. Или представьте, как Вселенная могла бы изначально восприниматься с поверхности планеты плотно упакованной солнечной системы вроде TRAPPIST-1, где соседние планеты находятся настолько близко, что видны в небесах друг друга, как полные луны, только не обращающиеся одна вокруг другой. Они описывают петлеобразные траектории вокруг своей звезды и иногда сближаются, догоняя друг друга и убегая вперед (пока вы кружитесь на собственной планете, чьи маленькие спутники обращаются вокруг нее…). Пока дни и недели складываются в планетные годы, такая космическая карусель может порождать чрезвычайно богатую мифологию небес, но затруднять физическое понимание астрономии.

Система Земля – Луна когда-то тоже была похожей безумной каруселью. Если бы мы могли встать где-нибудь на Земле и пустить часы назад с помощью машины времени, то пронаблюдали бы, как Луна приближается все ближе, становясь все больше. Она проходит через все свои фазы – первая четверть, полная луна, последняя четверть, новолуние, – все быстрее двигаясь по орбите. Дни становятся короче по мере того, как Земля возвращает свой момент импульса. Накатывающие на берег приливы поднимаются все выше, пока не дойдут до той точки, когда захлестнут побережье; древним континентам, должно быть, приходилось нелегко. Дальше, так далеко назад, как мы только можем зайти, Луна окажется на том самом месте, где ее представлял Дарвин, – сразу за пределами зоны в три земных радиуса, внутри которой летящее по орбите тело уходит по спирали вниз, а не вверх.

Если двигаться еще дальше назад, мы доберемся до самого гигантского столкновения, так что давайте ненадолго остановимся и насладимся открывающимся видом. Луна, находящаяся на таком расстоянии, обращается с периодом в шесть часов, немного медленнее, чем Земля в те времена вращалась вокруг своей оси, что и стало причиной того, что наш спутник начал удаляться по спирали. С вашей точки на Земле Луна кажется едва-едва ползущей по небу (она находится на почти геостационарной орбите), хотя каждую ночь она несется относительно звездного фона.

Солнечные затмения в те времена случались регулярно. Месяц, период от одного полнолуния до другого, длился поначалу шесть часов, удлиняясь по мере расширения лунной орбиты; день становился дольше, поскольку вращение Земли вокруг своей оси замедлялось из-за приливного захвата. Во время этого раннего танца в обжимку резонансное взаимодействие Земли и Луны друг с другом и с Солнцем должно было влиять на плоскость лунной орбиты и могло поглощать момент импульса системы Земля – Луна.

Если в начале катархея вы, стоя на Земле, взглянули бы вверх, Луна была бы размером с вашу ладонь, такой большой, что на ней можно было разглядеть все геологические подробности, как это делает астронавт, смотря на планету с орбиты. Темные потрескавшиеся массы отливали красным из-за извержений вулканов и взрывов, их прошивали отверстия от столкновений, а отдельные плиты наезжали друг на друга, образуя полосы серых гор. Вокруг Луны имелась наклоненная на несколько градусов лента колец шириной в несколько диаметров, как кольца Сатурна, но состоящая из горных пород, а не изо льда. Под действием земного тяготения эти кольца должны были исчезнуть, но их пополняли обломки все новых столкновений, пока Луна не собрала наконец все вещество на своей орбите.

Еще до того, как Луна появилась, вокруг Земли обращался диск с массой, примерно вдвое превышающей лунную, – остатки гигантского столкновения. В те далекие времена присесть на поверхности Земли было негде: кора была расплавлена и томилась под силикатной атмосферой. А в этом диске назревали радикальные изменения: он стал гравитационно неустойчивым. Скорее всего, в его составе имелся значительный по размеру железный фрагмент, часть ядра Тейи, если придерживаться стандартной модели, или тело размером с Весту, возникшее в результате аккреции самых тяжелых металлических капель. Эта огромная глыба железа, которое в три раза плотнее горных пород, быстро улавливала вещество из диска и вскоре достигла тысячи километров в диаметре, а потом и двух, и трех тысяч. Ее присутствие должно было сильно поменять гравитационную обстановку в районе Земли. Вдобавок к быстрому сбору вещества она влияла на потенциальное поле, создавая возможность появления у Земли троянских спутников.

Возможно, вы сталкивались с аналогией, в которой воздействие гравитации на пространство-время сравнивают с углублением, которое любой предмет образует в натянутом листе эластичного пластика. Солнце – словно тяжелое ядро в центре такого листа, а планеты обращаются вокруг этого искривления пространства-времени, как монета, скатывающаяся вниз по огромной воронке вроде тех, которые устанавливают в аэропортах для сбора мелочи на благотворительные нужды. Гравитация – это градиент этого потенциального поля. В таком случае Юпитер становится чем-то вроде стального шара, который, обращаясь вокруг Солнца, создает собственное углубление. Теперь у нас есть два углубления, одно из которых обращается вокруг другого.

Далее предположим, что вы хотите следить за движением этих углублений и для простоты всегда помещаете Юпитер с правого края диаграммы. (Это не проблема, пока вы помните, что диаграмма вращается.) Вы можете записать для этой вращающейся системы все физические уравнения, если учтете фактор карусели, так называемые силы Кориолиса. Мяч (иначе говоря, планета), который вы бросите прямо в такой системе (то есть на карусели), не полетит по прямой, а начнет сворачивать. Сложив постоянно действующие силы тяготения и силы Кориолиса, в дополнение к двум большим углублениям в эластичном листе вы получите еще два поменьше – на 60° впереди и позади планеты. Они известны как троянские точки L₄ и L₅. В этой вращающейся системе отсчета есть и еще три точки равновесия, но они являются не углублениями, а скорее плато и перевалами: L₁, L₂ и L₃ (все пять вместе называются точками Лагранжа).

В троянских точках скапливается вещество, хотя это может быть и временным явлением. У Юпитера мы обнаружили уже 7000 троянских астероидов. У Марса есть несколько штук, в основном в точке L₅. У Нептуна их тоже несколько, в основном впереди планеты, в L₄. У Земли имеется только один известный троянский астероид диаметром в несколько сотен метров. У Венеры он тоже один, причем находится на сильно петляющей «орбите-головастике», возможно нестабильной. Малое количество троянцев у Венеры и Земли свидетельствует… о чем-то.

Троянские точки могут обеспечивать малым телам определенную защиту. Астероиды и кометы, которые оказываются на орбите, отстоящей от Солнца примерно на 5 а.е., скорее всего, врежутся в Юпитер или будут выброшены из системы, если только не окажутся захваченными как троянцы и не поселятся в некоем бермудском треугольнике, ограниченном сильными динамическими потоками. Троянские астероиды Юпитера стали целью предстоящего полета американского космического аппарата «Люси». Главный научный вопрос этой экспедиции – являются ли эти астероиды первоначальными деталями, оставшимися от формирования Юпитера, или они были захвачены гораздо позже. В любом случае они представляют собой кладезь информации о том, как возникли наши планеты.

Это возвращает нас к образованию Луны. Представим себе Землю и эту тяжелую Протолуну, которая сформировалась примерно в трех земных радиусах от нее. Нарисуем для них такую же вращающуюся диаграмму, разместив Землю в центре, а Протолуну – справа (там, где раньше был Юпитер). Протолуна находится очень близко к Земле и составляет одну сотую от ее массы, так что троянские точки L₄ и L₅, два дополнительных углубления, будут достаточно заметными. Так начинается история о двух лунах.

Спутник, который обращается вокруг планеты, меняет ее гравитационное поле. Изображая спутник справа, вы должны учесть силы Кориолиса. Когда вы это сделаете, силовые линии постоянного потенциала пролягут так, как на рисунке; они выглядят как линии обычного гравитационного поля, за исключением минимумов в троянских точках (L4 и L5, сверху и снизу), где может происходить захват вещества, обращающегося по орбите спутника. Есть и другие точки Лагранжа, например L1 между двумя телами и L2 сразу за спутником.

Формирование Земли уже завершилось, но она представляет собой бурлящий хаос, тогда как Луна быстро собирается из протолунного диска. Маленькие тела попадают в ловушку около троянских точек системы Земля – Луна. Сатурн, будучи единственной планетой, в системе которой на сегодняшний момент есть троянские спутники, дает нам примеры того, что могло происходить. Калипсо и Телесто в два раза различаются по массе и делят свою орбиту с Тефией. Елена и Полидевк различаются по массе в 2000 раз и делят орбиту с Дионой. Если судить по этим данным, троянские спутники на орбите Луны могли отличаться по массе в 10–100 раз. Что важно, они должны были образоваться из того же материала, что и Луна, но совсем без железа.

Этот сценарий с двумя лунами основан на вполне вероятных исходах гигантских столкновений, но нам все равно нужно было задать некоторые параметры. Диаметр первого троянского спутника должен составлять примерно треть от диаметра Луны (соотношение масс 1 к 30), чтобы соответствовать дополнительному слою коры на обратной стороне, а второй, скорее всего, был во много раз меньше и, возможно, оказался уничтожен градом обломков гигантских столкновений, который обрушился на систему Земля – Луна за следующий миллион лет. В любом случае этот спутник имеет гораздо меньшее геологическое значение. Через десяток миллионов лет более крупный спутник на своем месте и уже затвердел. Рука об руку с Луной троянцы мигрируют все дальше от Земли, пока в один прекрасный день не оказываются слишком далеко от нее и не выходят из своего транса.

Несколько дней спустя Мартин получил результаты компьютерного моделирования в низком разрешении и показал мне что-то вроде того, что изображено ниже, если не считать нескольких незначительных изменений. Мы не могли и предположить, что эти данные обретут такую популярность, что они будут опубликованы как в местных газетах наших родных городов, так и в печатных изданиях по всему миру; тогда мы просто в свое удовольствие пытались что-то понять. Рассматривая результат, мы вспоминали наши модели кометных нашлепок, в том смысле, что трение, судя по всему, удерживало тела вместе. Но из-за больших масс и значительных скоростей этого лунного столкновения ударяющее тело сплюснулось до состояния блина. Что куда важнее, оно осталось в своем кратере! Это напоминало аварию-гармошку из миллиарда автомобилей.

Наша идея теперь превратилась в гипотезу, так что мы могли более тщательно поразмыслить над тем, как ее проверить, как бросить ей вызов. Самое неприятное – это попытаться опубликовать нечто, что в итоге окажется очевидно неверным, так что сначала надо попробовать доказать, что твое утверждение ложно. Наша идея хорошо работала только потому, что мы задали низкую скорость столкновения. Более быстрое соударение привело бы к более глубокому проникновению, в результате чего получилась бы не нашлепка, а ударный бассейн, вроде бассейна Южный Полюс – Эйткен. Это исключало из рассмотрения кометы и астероиды. Ударяющим телом тут мог быть только другой спутник Земли, поскольку что-либо, не принадлежащее системе Земля – Луна, летело бы со скоростью 10–20 км/с. Возможно ли такое? Нам нравилась гипотеза с троянским спутником, потому что его стабильная орбита разрушилась бы, как детонатор у бомбы с часовым механизмом, через 10 млн лет после того, как Луна начала отдаляться от Земли.

Если вы смогли разместить предполагаемые события на шкале времени, вы уже на полпути к успеху в разработке своей гипотезы. Чтобы объяснить геологическую картину, предполагаемое столкновение троянского спутника с Луной должно было произойти после того, как оба тела в достаточной степени затвердели. Согласно моделям охлаждения, на это потребовалось от 1 до 10 млн лет. Тут гипотеза прекрасно работала, потому что, согласно приливной модели, через 10 млн лет лунная орбита должна была расшириться где-то до 20 земных радиусов – именно в этот момент очертания потенциальной «поверхности Лапласа» начинают определяться влиянием Солнца, а не Земли. «Углубления» в эластичном листе становятся менее заметными, и троянские спутники отправляются в свободное плавание.

Четыре стадии ударного события, сформировавшего, по Ютци и Асфогу (Jutzi and Asphaug, 2011), нагорья на обратной стороне Луны: первоначальный контакт, а также ситуация через 0,6, 1,4 и 2,8 часа. Ударяющее тело диаметром 1200 км, разумеется, создает кратер, но затем переполняет его. Самые светлые материалы соответствуют океану жидкой магмы под твердой корой, который выдавливается на видимую сторону Луны, внося свой вклад в аномалию KREEP.

Позже в тот же день Мартин сравнил смоделированную нами топографию с реальной топографией Луны; наши данные соответствовали очертаниям бугра каменистых нагорий так же точно, как и модель застывшего приливного воздействия, но нам не нужно было объяснять отсутствие такого же бугра на видимой стороне Луны. Ого! Оно сработало! До этого мы не задумывались об астрофизике, геофизике или небесной динамике, но теперь нам пришлось ими заняться.

Это были расчеты совершенно нового типа – медленное столкновение огромных твердых планет с внутренним трением, – так что нам нужно было проверить наши результаты. Мы уже несколько лет тестировали эту программу на предмет соответствия элементарной физике пористости, сдавливания, трения и дробления, поэтому наши модели казались нам достоверными – до определенной степени. Но теперь мы явно вышли за рамки лаборатории. Нам было нужно что-то, с чем это сравнивать, какая-то точка отсчета. У нас были проверенные временем правила масштабирования кратерообразования, которые работают для плоских, полубесконечных планет; если применить их к Луне, тело диаметром 1300 км, ударившее со скоростью 2,4 км/с, должно было вытеснить всего одну пятую своего объема. Это согласуется с нашими результатами: ударяющее тело переполняет собственный кратер.

Ободренные таким простейшим подтверждением, мы решили сделать картинку более реалистичной, повысив разрешение в три раза, что потребовало гораздо более долгой работы компьютера. В последний момент, как раз перед тем, как запустить программу, Мартину пришла в голову мысль добавить под твердую кору толщиной 30 км 10-километровый слой густого расплавленного вещества, соответствующий глубокому остаточному океану магмы – слою KREEP. По физическим свойствам он не слишком отличался – те же материалы, только горячее, – но придавал всей истории очень важный поворот. Слой KREEP широко распространен на видимой стороне и почти отсутствует на обратной. Высокая концентрация в нем радиоактивных элементов, в том числе урана и тория, считается причиной относительно позднего разогрева магмы, заливавшей лунные моря. Меньшую луну мы сделали из того же материала, что и основная масса лунной мантии, только немного менее плотного, поскольку его не так сильно сдавливает гравитация.

Выбор свойств обоих тел и исходных параметров столкновения – очень ответственное решение. Суперкомпьютеры требуют не только времени, которое уходит на то, чтобы дождаться ответа (от нескольких недель до нескольких месяцев), но и денег (один расчет может стоить десятки тысяч долларов). Уже потратив и деньги, и время, вы можете оказаться пленником своей гипотезы: коготок увяз – всей птичке пропасть. Вдобавок, начав рисовать красивую графику, автор может влюбиться в свое творение и потерять объективность. На обсчет нашей модели в высоком разрешении ушло десять дней. Мы не ожидали, что результат будет значительно отличаться от предварительного, и поэтому, пока компьютер корпел над цифрами, начали готовить черновик статьи и обдумывать динамические аспекты сценария с троянскими спутниками.

Но новые данные моделирования, которые учитывали наличие слоя KREEP, преподнесли неожиданный сюрприз: наша нашлепка выдавила этот слой, как будто вы ударили кулаком по вишневому пирогу, и вся его начинка перетекла в другое полушарие. Поскольку в слое KREEP содержатся источники радиоактивного разогрева, такая его локализация может объяснить, почему крупные вулканические затопления происходили только на видимой стороне Луны с ее районами высокой теплоотдачи и молодыми морями. Что же касается обратной стороны, она с точки зрения геологии стала мертвой, словно вы бросили лопату холодного грунта на тлеющие угли костра.

Наша гипотеза была выдвинута, чтобы объяснить, почему кора на обратной стороне Луны в два раза толще, но заодно объяснила и отсутствие там слоя KREEP, и дихотомию лунной геологической активности. К несчастью, она смогла пройти через проверки, бросающие ей прямой вызов. Одной гравитации оказалось тут недостаточно.

Спустя несколько сотен секунд после начала постулированного гипотезой о двух лунах столкновения троянская луна превращается в полушарную нашлепку на поверхности Луны.

Нагорья на обратной стороне Луны, насколько мы можем судить, состоят практически из того же материала, что и нагорья на видимой стороне. Хотя мы никогда не брали образцы с обратной стороны напрямую, примерно половина (чисто статистически) из сотен имеющихся у нас лунных метеоритов прилетела именно оттуда, но отличить их мы никак не можем. Поскольку троянский спутник сформировался из того же протолунного диска, что и Луна, его состав никак не поможет нам при проверке – он затвердел из океана магмы, состоящего из аналогичного материала, только под много меньшим внутренним давлением. Итогом стало бы очень похожее на Луну распределение горных пород с относительно плотными, богатыми оливином внутренними областями и богатой плагиоклазом корой – мини-Луна без ядра.

Хотя мы не включили этого в нашу модель, богатые оливином внутренние области спутника диаметром 1300 км в итоге оказались бы расплющенными внутри блина и в готовой нашлепке превратились бы в оливиновый слой на глубине примерно 10 км под поверхностью обратной стороны Луны. (Но никакого железа – все оно было бы собрано в ядро самой Луны на начальном этапе аккреции.) На Луне есть множество странных и необъяснимых обнажений оливина – четче всего их картировал японский орбитальный аппарат «Кагуя». Этот факт согласуется с наличием относительно неглубоко залегающего слоя оливина, выходящего на поверхность при столкновениях с небесными телами типа Чикшулубского метеорита. Наша модель также предсказывает, что сколько-то обнажений оливина найдется вдоль границы видимой и обратной сторон (то есть в районе лунного лимба), хотя 4,4 млрд лет спустя они будут плохо различимы.

Другой способ проверить нашу гипотезу дает геофизика. Если опираться на результаты лабораторных экспериментов с образцами горных пород, столкновение на скорости 2 км/с происходит слишком медленно, чтобы возникла мощная ударная волна. Но оно достаточно сильно, чтобы вызвать огромные разрушения. Наша модель предсказывает, что там, где исходная поверхность троянского спутника наконец затормозила о поверхность первоначальной Луны, должна была образоваться плоскостная зона сдвига. Эта область контакта должна была подвергнуться интенсивному сдавливанию и деформации, что создало бы десятки или даже сотни метров расплавленных трением пород, погребенных на глубине от 30 до 40 км. Такой слой, если он существует, должен четко фиксироваться по данным сейсморазведки, и я надеюсь, что у нас скоро появится возможность доказать ошибочность нашей идеи!