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

NASA/JPL–Caltech/MIT/GSFC

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 [276]. Перевод изображения в черно-белый вариант делает его неоднозначным; чтобы увидеть все анимированное буйство красок, пройдите по ссылке https://svs.gsfc.nasa.gov/4014.

NASA/JPL–Caltech/MIT/GSFC/CSM

Еще один крупный ударный кратер Луны – расположенный на юге обратной стороны бассейн Южный полюс – Эйткен [277]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 [278]– 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.