Шрифт:
Закладка:
Вместе с тем космическая программа была чрезвычайно важна не только потому, что обеспечила нам спутниковые снимки, помогающие изучать разнообразные процессы, происходящие на нашей планете, но и потому, что показала вид Земли из космоса, который учит людей скромности и меняет наше представление о «бледно-голубой точке»[44]. Все это и многое другое мы произвели, потратив менее 1 % федерального бюджета – ничтожную сумму по сравнению с тем, что мы расходуем на другие вещи, которые приносят гораздо меньше пользы.
Сестра, дочь или захват?
Возможно, для науки полезней всего стал окончательный ответ на давние вопросы: «Как образовалась Луна? Из чего она состоит?» Разные вполне серьезные идеи, выходящие за рамки ответа «Из зеленого сыра», существовали у планетологов и астрономов уже более века. Эти гипотезы делились на три большие категории.
1. Гипотеза захвата. На протяжении десятилетий некоторые исследователи предполагали, что Луна – постороннее тело, которое образовалось в каком-то другом месте, но при прохождении неподалеку притяжение нашей планеты перевело Луну на околоземную орбиту. С этой моделью с самого начала было много проблем. Прежде всего, орбита Луны лежит в той же плоскости, что и орбита Земли, движущейся вокруг Солнца, а при захвате это было бы крайне маловероятно. Ведь внешний объект может приблизиться к Земле под случайным произвольным углом к плоскости ее орбиты, и поэтому после захвата тоже станет вращаться вокруг Земли под произвольным углом к этой плоскости. Кроме того, обычно при гравитационном захвате крупного тела либо происходит столкновение, либо тело улетает обратно в космос по измененной орбите. Чтобы земное притяжение каким-то образом медленно остановило Луну на орбите, не доведя дело до столкновения и не дав ей улететь, наша планета должна была располагать очень плотной атмосферой, простирающейся намного дальше, чем сейчас. Этому нет никаких доказательств. Наконец, если бы Луна была посторонним объектом, захваченным гравитацией Земли, то лунный состав принципиально отличался бы от земного. Для проверки этой идеи можно было использовать лунные породы.
2. «Дочерняя» гипотеза, или гипотеза деления. Согласно этому сценарию, который в конце XIX в. предложил астроном Джордж Дарвин (сын Чарльза Дарвина), Луна некогда отделилась от Земли. Вследствие быстрого вращения расплавленный материал вылетел из Земли в космос и образовал Луну. Некоторые астрономы даже предположили, что Тихий океан представляет собой след от того события. В 1925 г. австрийский геолог Отто Ампферер высказал идею, что отделение Луны вызвало дрейф континентов. В течение многих лет такая версия выглядела правдоподобно, но в 1960-е гг. тектоника плит показала, что Тихоокеанский бассейн отнюдь не столь древний: его покрывают молодые лавы возрастом менее 160 млн лет. Эта модель также не учитывала момент импульса системы Земля – Луна[45]. И здесь снова решающим испытанием гипотезы становились лунные породы. Если бы у них был тот же состав, что и у первоначальной Земли (до того как она разделилась на ядро, мантию и кору), то данная теория получила бы подкрепление.
3. «Сестринская» гипотеза. Как и «дочерняя» версия, эта модель предполагает, что первоначально система Земля – Луна состояла из двух больших сгустков материи, связанных друг с другом гравитационным притяжением. В такой модели тоже есть проблемы с моментом импульса системы Земля – Луна. При этом она, как и «дочерняя», предсказывает, что состав лунных пород будет очень похож на состав пород первоначальной Земли.
Эти и другие идеи находились, так сказать, в подвешенном состоянии, когда «Аполлон-11» и последующие корабли доставили лунные образцы в земные лаборатории. Ко всеобщему удивлению, состав лунных пород не усилил ни одну из трех гипотез. Вместо этого он породил новое предположение, которое никому ранее не приходило в голову.
Удар!
Лунные породы, доставленные миссиями «Аполлон» (рис. 11.2), не походили по составу на раннюю Землю. Не оказались они и какой-то экзотикой, как было бы, если бы Луна являлась посторонним телом, случайно захваченным земной гравитацией. Лунные образцы состояли из анортозита и его вулканического эквивалента – знакомой черной лавы, известной как базальт. Иными словами, лунные породы по своему составу очень походили на части верхней мантии, где берут начало лавы, изливающиеся на дно океана или из таких вулканов, как Килауэа на Гавайях.
Рис. 11.2 Образец типичного лунного анортозита. Источник: Wikimedia Сommons
Это открытие стало потрясением. Если Луна почти полностью состоит из мантийного материала, то она должна оказаться частью земной мантии, которая сформировалась уже после того, как первоначальная Земля разделилась на ядро из железа и никеля (см. главу 10) и мантию из силикатных минералов. Иными словами, Луна образовалась намного позже того, как Земля сформировалась и остыла и в ней выделились отдельные слои.
Еще более поразительно, что единственным способом доставки в космос большого количества мантийного материала был мощный удар по ранней Земле каким-то другим телом (рис. 11.3). Специалисты по планетной геологии назвали это гипотетическое тело Тейя (так в греческой мифологии звали мать Селены – богини Луны) и предположили, что это была протопланета размером с Марс, которая ударилась о Землю, а в результате сила столкновения отколола материю с одной стороны нашей планеты и отбросила на околоземную орбиту. Когда отделенные обломки начали вращаться вокруг Земли (на дистанции, равной одной десятой от ее нынешнего расстояния до Луны), они постепенно соединились. Энергия этого столкновения была поразительной! Триллионы тонн материала испарились, а температура Земли поднялась до 10 000 ℃.
Рис. 11.3 Удар, который обрушился на мантию и образовал Луну, в представлении художника. Источник: Wikimedia Сommons
Тепло от ее собственных радиоактивных минералов полностью расплавило Луну, и основная ее часть должна была сохранить тот же состав, что и земная мантия; при этом такое плавление должно было вызвать колоссальные извержения формирующей магматические океаны базальтовой лавы, которая сейчас образует темные участки на ее поверхности – лунные моря (рис. 11.4). Кроме того, у Луны есть крошечное железное ядро диаметром всего 330–350 км, которое считается остатком ядра Тейи, сохранившимся после столкновения; таким образом, былое железоникелевое ядро Тейи почти целиком слилось с ядром Земли. Если бы оказалась верной «сестринская» модель или «дочерняя» (которым отдавали предпочтение планетологи до полета «Аполлона-11»), то у Луны было бы большое ядро, и его размеры относительно мантии пропорционально соответствовали бы соотношению ядра и мантии Земли.
Рис. 11.4 На ближней стороне
