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

© Don Davis

Существует много вариантов сценария гигантского столкновения, породившего Луну, так что не надо сосредоточиваться только на одном. Тем не менее полезно обратиться к стандартной модели, когда речь идет о теле размером с Марс, которое ударяет в Землю примерно со скоростью убегания (10–12 км/с) под углом 45° к поверхности. Фронт столкновения взрывается бешеной дугой, когда Тейя и Земля начинают соединяться со скоростью в десять раз большей, чем скорость выпущенной из винтовки пули. При контакте огромных площадей становится сложно разобраться, где тут Тейя, а где – Земля, где верх, а где низ. Массы мантии, коры и океана фонтаном разлетаются в космос из области соприкосновения, как поток воды из пожарного брандспойта, создавая странные планетоиды, а также облака пыли и пара.

Разрушение оболочки, мантии, океана и всего, что между ними, продолжается, и смятые поверхности пластами погружаются в общее внутреннее пространство, а затем рвутся, как огромная конфета-тянучка. Ядра, будучи более плотными, тонут в каменной мантии друг друга и попадают в центр столкновения, где оказываются тесно увязанными и поглощают одно другое. Когда через день или два все стихает, глубинные слои мантии лежат поверх ядра, затем идут другие горные породы, гидросиликаты, и далее – океан и атмосфера. Мы видим полностью перестроенную планету с очень неясными свидетельствами того, откуда она взялась.

Две сливающиеся планеты имеют общий момент импульса, и соответственно вылетевшие при столкновении материалы закручиваются вокруг них в спиральные рукава по тому же принципу, который заставляет протопланетную туманность становиться уплощенным диском. Более того, возникшая после гигантского столкновения структура может напоминать миниатюрную галактику с утолщением в центре и спиральными рукавами со сгустками. В зависимости от типа гигантского столкновения вокруг сливающейся планеты в результате может возникнуть протолунный диск, состоящий в основном из расплавленных от удара силикатов – «летающий океан магмы», по выражению специалиста по физике планет Дэвида Стивенсона, который первым начал детально изучать термодинамику гигантских столкновений.

Чтобы понять некоторые странные физические явления, имевшие место после столкновения, вернемся днем ранее. В среднем слое мантии Тейи, планеты размером с Марс, имеется область, содержащая в себе основную часть вещества, которому предстоит стать Луной. Вскоре она будет раздроблена на мелкие фрагменты и превратится в диск вещества вокруг Земли, но пока что находится под чрезвычайно высоким давлением внутри Тейи, подобно любому участку в среднем слое мантии землеподобной планеты. На самом деле, если перед столкновением вы извлечете из Тейи килограмм вещества и телепортируете его к себе домой, оно взорвется с той же энергией, что и килограмм тротила, просто потому, что высвободилось из-под давления, как чертик на пружинке, который выскакивает, когда вы открываете крышку коробочки. Когда мантия Тейи разрывается в диск, эта энтальпия вносит свой вклад в плавление, испарение и расширение материалов, которые станут Луной.

Символическое изображение древнекитайской концепции «инь и ян», которое напоминает мне то, как две сливающиеся планеты заглатывают ядра друг друга

Возвращаясь к идее предполагаемой первоначальной системы планет, к идее гигантских столкновений суперземель и нептунов, одно можно сказать с уверенностью: давления и энергии в этих столкновениях были еще более впечатляющими, в пропорции, превышающей квадрат размеров планет. Если мы рассматриваем гигантские столкновения тел, в десятки раз превосходящих по массе Землю, взрывная энергия будет так велика, что все, не собранное гравитацией в тяжелую глыбу – остаточную планету, – просто разлетится на атомы. При этом водород и другие летучие вещества могут быть фактически потеряны, а в результате перегруппировки «металлов» в оксиды могут начать формироваться Земля и Венера. Скорее всего, от прежних времен ничего не уцелеет; для землеподобных планет это событие станет настоящей нулевой отметкой.

Гипотеза о первоначальной системе планет проходит один тест на правдоподобие: доля суммарной массы землеподобных планет в массе Нептуна примерно равна доле массы Луны в массе Тейи. Другими словами, Земля и Венера содержат приблизительно то количество вещества, которого при самой бесхитростной аналогии можно ожидать от оставшихся на орбите обломков гигантского столкновения позже мигрировавших внутрь Солнца нептунов. Это экзотическая идея, но в конечном итоге она поддается проверке, поскольку требует, чтобы Венера, Меркурий, Земля и Луна имели один и тот же изотопный состав. (Увы, у нас пока нет образцов с Меркурия и Венеры, что удобно для сторонников этой гипотезы.) Если она верна, то, следовательно, наша система землеподобных планет представляет собой явное исключение из правил. Земля и остальные планеты в такой ситуации возникли в результате крайне специфического процесса отсева, в котором уцелела лишь доля процента первоначального вещества.

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 [242]. 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 [243]. 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.