Эрик Асфог - Когда у Земли было две Луны. Планеты-каннибалы, ледяные гиганты, грязевые кометы и другие светила ночного неба

Геологическая история Луны определяется в основном крупными столкновениями и – на видимой стороне – затоплением магмой лунных морей. Геологические периоды Луны связаны с четырьмя архетипическими кратерами. Нектарский период назван в честь Моря Нектара (Mare Nectaris) – одного из старейших опознаваемых морей видимой стороны Луны. Имбрийский связан с Морем Дождей (Mare Imbrium), чьи границы четко очерчены, а выбросы распространяются по значительной части поверхности Луны. Эратосфенский и коперниковский периоды названы в честь кратеров Эратосфен и Коперник, образцы импактных расплавов из которых были взяты астронавтами программы «Аполлон» и получили абсолютные датировки. Каждый период – это выражение общего геологического времени, когда формировались кратеры определенного типа.

«Мишень» Моря Восточного. Эта эффектная фотография сделана в 1967 г. космическим аппаратом «Лунар орбитер – 4» с высоты 2700 км. Диаметр внешнего кольца гор составляет 930 км. Правее находится Океан Бурь, а далеко справа за границей снимка – Земля.

NASA

Одна из самых ярких лунных достопримечательностей – Море Восточное, расположенное в напоминающем мишень кратере диаметром 930 км в восточной части лимба. Это не просто кратер, но многокольцевая ударная впадина , являющаяся самой молодой из крупных структур Луны. При наблюдении с Земли объект наполовину скрыт, и первоначально его считали чем-то вроде застывшего во времени цунами, гигантских волн, прокатившихся по сильно поврежденной коре, наполовину твердой, а наполовину расплавленной. Более свежая идея, которая, кажется, работает лучше, состоит в следующем: то, что мы видим, – это ряд концентрических уступов, которые сформировались в коре, когда податливые глубокие слои мантии выплеснулись, чтобы заполнить глубокую воронку. И само столкновение, и последовавшая за ним отдача должны были вызвать глобальные сейсмические колебания, повлиявшие на топографию всей Луны. Ударное образование Моря Восточного должно было привести к выбросу огромной массы материала, часть которого добралась бы и до Земли.

Земля кажется куда более простой. Если смотреть на запад с тихоокеанского побережья США, видно только безграничное бурное море. Но благодаря столетию развития современной геологии это можно воспринимать и так: огромная каменная плита толщиной в десятки километров и протяженностью в тысячи, покрытая несколькими километрами воды, движется на вас со скоростью роста ногтей – несколько метров за человеческую жизнь, – катясь на спине мантии, в которой происходит конвекция. У берега эта плита подныривает и опускается под вас; когда она оказывается за вашей спиной, содержащаяся в ней вода провоцирует вулканическую активность, в результате чего вверх начинают подниматься гранитные плутоны. Это неостановимое движение сопровождается трением, что становится причиной землетрясений. Люди, посторонитесь!

Самые большие планеты – это не воспламенившиеся звезды, вращающиеся сфероиды, состоящие в основном из водорода и гелия. Из-за огромного внутреннего жара, накопленного в результате аккреции, их атмосферы полны вихрей, размер которых может составлять десятки тысяч километров – больше, чем диаметр Земли. Основная часть материала таких гигантских планет сгустилась непосредственно из туманности газа и пыли, окружавшей центральную звезду, и, таким образом, по своему составу они в целом «подобны звездам». Если говорить о размере, то планета, имеющая пять (или даже десять) масс Юпитера, окажется совсем ненамного больше этого гиганта Солнечной системы, потому что все эти материалы легко подвергаются сжатию: чем больше массы вы добавляете к планете-гиганту, тем сильнее она спрессовывается. Для такого небесного тела существует максимальный теоретически возможный размер – чуть больше Юпитера. При дальнейшей аккреции газа планета не растет, а сжимается. Если газовый гигант накапливает более 17 масс Юпитера, температура и давление в его центре становятся такими огромными, что там начинается термоядерный синтез [146]. Планета превращается в звезду.

При формировании планеты-гиганта время решает все. В так называемой модели аккреции ядра первый шаг – это скопление большого количества ледяных кометезималей, образующих ядро примерно в десять раз массивнее Земли. Если такое ядро быстро формируется в толще протопланетной туманности, то, как в случае наматывающейся на палочку сахарной ваты, его гравитации хватает, чтобы вокруг него собрались все остатки диска в зоне действия силы притяжения. У первых из подобных ледяных ядер есть все преимущества. В их распоряжении имеется больше газа, который они могут захватить, и чем массивнее они становятся, тем больше гравитация, с помощью которой они притягивают материю. В Солнечной системе таким счастливчиком оказался Юпитер.

Но, хотя на протяжении примерно 10 000 лет Юпитер рос с впечатляющей скоростью, его гравитационное воздействие имело определенные пределы. Дальше от звезды возник промежуток, пространство для еще одной гигантской планеты, схожим образом росшей вокруг другого ядра из скучившихся кометезималей: это был Сатурн. Еще дальше появились Уран и Нептун, которые в соответствии с этой теорией застряли на стадии ядер – именно поэтому мы называем их ледяными гигантами. (Это несколько неточный термин: они срослись изо льда, а внутри состоят в основном из воды и молекулярного водорода, но сейчас температура в их центрах составляет тысячи градусов.)

Если бы протопланетный диск был в 20 раз массивнее, Юпитер стал бы белым карликом, частью двойной системы звезд Солнце А и Солнце В. Хотя, к счастью, он оказался слишком мал для того, чтобы внутри него начался термоядерный синтез, при его аккреции скопилось очень много тепла – той самой энергии гравитационного притяжения, которую Кельвин учитывал в своих расчетах возраста Солнца. (Его вычисления были в принципе верными, но очень неточными, потому что он ничего не знал о термоядерных реакциях.)

Чтобы понять, откуда берется аккреционное тепло, рассмотрим гигантскую планету, формирующуюся из частиц вещества, стягиваемых издалека. Если, к примеру, туфля падает внутрь Юпитера с конечной скоростью 60 км/с, она высвобождает количество энергии, равное тому, которое получается при сжигании полного бака бензина. Повторите это несколько тысяч триллионов триллионов раз (масса Юпитера в туфлях), и в результате аккреции выделится достаточно тепла, чтобы поднять среднюю температуру планеты до десятков тысяч градусов. По геологическим меркам Юпитер вырос в одно мгновение, но его жар с тех пор постепенно пробивается наружу, преодолевая огромный радиус газовой сферы.