Как быстро образовалась Земля, мы можем только догадываться. В любом случае, согласно различным гипотезам, счет идет на миллионы лет. В этот беспокойный период наша планета представляла собой шар, то расплавленный, то остывший и почерневший. Каждый раз планета нагревалась и краснела из-за столкновения с очередным космическим объектом, находящимся на ее орбите, но затем достаточно быстро остывала и покрывалась черной коркой. То есть она не была беспрерывно лавовым сгустком, как часто пишут в учебниках. Скорее бескрайней черной холодной пустыней. Подобная относительная стабильность продолжалась долго, пока не настал черед возникновения Луны.
Вы все видели Луну, как ее не заметить. Диаметр нашего спутника составляет более четверти земного, а масса всего лишь в 80 раз меньше. Для спутника это необычно, дюжины спутников вокруг газовых гигантов нашей Солнечной системы выглядят куда более крохотными относительно своих планет. Ранее было три гипотезы возникновения Луны, если не брать во внимание обширнейший фольклор. Первая гипотеза предполагала, что еще на стадии формирования расплавленная Земля вращалась настолько быстро, что часть ее горячей материи из-за центробежной силы оторвалась и вылетела на орбиту. Эту гипотезу предложил сын знаменитого Чарльза Дарвина – Джордж Говард Дарвин в 1878 году. Впадина Тихого океана, как предполагалось, является шрамом планеты после отрыва спутника. Вторая гипотеза гласила, что на нашей орбите был независимый объект, попавший под влияние гравитации Земли, прицепившийся и оставшийся навеки в ловушке. Например, многие каменистые спутники Марса притянуты этой красной планетой. Третья гипотеза утверждала, что Луна появилась из тучи обломков, кусков материи, оставшихся после формирования Земли на ее орбите. Это было бы похоже на то, как вокруг звезды формируются планеты.
Разгадку истории Луны удалось прояснить, когда первые лунные миссии начали привозить образцы грунта со спутника Земли. На тот момент этот материал обладал самой дорогой коллекционной ценностью, поэтому к исследователям-геологам приставили несколько людей из спецслужб. Мало ли, камушек в кармане ученого затеряется, а потом окажется проданным в частную коллекцию за миллионы долларов. За этими учеными нужен глаз да глаз. В любом случае первые же анализы показали, что соотношение изотопов кислорода-16 и кислорода-18 указывает на то, что Луна сформировалась на одном расстоянии от Солнца, как и Земля. Изотопы – это атомы одного и того же вещества, но обладающие разной массой из-за отличных количеств нейтронов в их ядрах. У кислорода-18 их на две штуки больше, чем у обычного кислорода-16. В нашей повседневной практике мы не увидим различий, но оказалось, что соотношение этих изотопов на разных планетах меняется по мере их удаления от Солнца. То есть, поскольку соотношение в образцах Земли и Луны одинаково, Луна появилась на том же расстоянии от Солнца, что и Земля.
Вернемся к нашим гипотезам. Предположение о совместном образовании Земли и Луны из единого протопланетарного сгустка почти сразу было поставлено под сомнение, так как химические коктейли, составляющие нашу планету и ее спутник, неодинаковы. Например, различно содержание железа и летучих веществ. Гипотеза захвата также страдает. Если Луна была независимым объектом на орбите с Землей, тогда она должна быть по химическому составу похожа на нашу планету, поскольку сформировалась из такого же протопланетарного диска, а это не так. Если она сформировалась из каких-то внешних областей, а потом приблизилась, то в таком случае она должна обладать большей скоростью относительно Земли, чем мы можем наблюдать сейчас или оценивая прошлое. Гипотеза отрыва части Земли могла бы объяснить все различия: Земля и Луна обладают схожим соотношением изотопов, поскольку являлись частью целого, а разное содержание железа было обусловлено отрывом именно верхней части земного содержимого, тогда как уже сформировавшееся железное ядро не поделилось своей частью для спутника. Если упрощать, эта гипотеза не работает, потому что в таком случае Земля должна была бы вращаться очень быстро. Крайне быстро. Компьютерные модели показывают, что Земля должна была бы делать полный оборот за час, а система Земля-Луна просто не обладает таким моментом импульса.
В итоге прижилась четвертая гипотеза, которая в дополнение объясняет не только специфический наклон земной оси, но и равную скорость вращения Земли и Луны. В середине 1970-х годов была предложена ударная гипотеза. Вероятно, на орбите вместе с Землей находилась похожая планета, которую назвали Тейя. Ее масса составляла примерно треть массы Земли. Две планеты не могут находиться на одной орбите, и в какой-то момент Тейя врезалась в Землю по касательной. Это столкновение слегка отклонило Землю, часть Тейи срослась с Землей, а куча обломков этого события вместе с обломками Тейи вылетели на орбиту, образовав облако пыли вокруг еще более потяжелевшей Земли. Постепенно пыль срослась в Луну, а теперь она вращается с равной нам скоростью, поскольку пыль после касательного столкновения приобрела скорость вновь получившегося объекта.
Когда мы смотрим на Луну сейчас, нам кажется, что она близко. По астрономическим меркам она и правда близко, ее орбита находится на расстоянии в 382 000 км от нашей планеты. Забавно, но как раз такое расстояние позволяет поместить все планеты Солнечной системы между Землей и Луной, и даже для Плутона места хватит.
Но когда Луна только сформировалась, она находилась гораздо ближе, примерно на расстоянии 24 000 км над Землей. Стоит напомнить, что в астрономии есть так называемый предел Роша – орбита, ближе которой гравитация наиболее массивного тела разорвет малое. Если бы Луна образовалась на расстоянии в 10 000 км, то приливные силы Земли разорвали бы ее в клочья, и мы лишились бы спутника. Однако нам повезло, Луна оказалась дальше и теперь с каждым годом удаляется от нас со скоростью 4 см в год. Когда-нибудь Луна по своей спиральной орбите улетит за пределы влияния гравитации планеты и отправится уже своей дорогой в далекий космос.
Между Землей и Луной можно вписать все планеты солнечной системы
Посмотрев на Луну в прошлом, вы обнаружили бы гигант, висящий в небе. Его диск закрывал на небе площадь в 250 раз бо́льшую, чем сейчас (примерно в 16 раз больше, чем видимый нам солнечный диск). Это был необычный мир. Сутки длились 5 часов, то есть солнце поднималось и заходило за горизонт с бешеной скоростью. Луна часто ее закрывала, будучи куда большим объектом на небе, поэтому солнечные затмения были скорее вариацией нормы. Сейчас ни для кого не секрет, что на нашей планете есть приливы и отливы. Они возникают потому, что лунная гравитация притягивает водяной горб на поверхности планеты и тащит его за собой. Где этот горб, там прилив, такая же ситуация на противоположной стороне планеты, а на боках – отливы. В те времена не было воды, да и Луна была гораздо ближе, поэтому существовало явление «приливных землетрясений». Гигантские волны из магмы высотой больше километра перемещались по планете, все сильнее ее разогревая. Постепенно такие явления сошли на нет из-за отдаления Луны, а сутки стали длиннее вследствие замедления вращения планеты. Это же явление можно наблюдать, если посмотреть на фигуриста, разводящего руки при вращении, – он замедлится. Но странствующие раскаленные горы – наверняка это было потрясающее зрелище.
