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

Но, хотя физически Тейя скрыта и мы каким-то образом представляем себе, что произошло, химически она, кажется, просто исчезла. Кислород составляет почти 30 % от массы Земли и 45 % – от лунных и земных пород коры. Изотопы кислорода 16О, 17О и 18О, так же как и другие элементы, например титан, цирконий и калий, выполняют роль отдушек, по соотношению которых можно судить о происхождении минералов. Их атомные свойства остаются в целом одинаковыми, но их массы (число нейтронов в их ядрах) отличаются, так что они и служат показателями. Соотношения изотопов кислорода в земных горных породах одинаковы, как и следовало ожидать, если наша планета возникла из единого или хорошо перемешанного источника вещества. С этой точки зрения земные горные породы отличаются от марсианских, а и те и другие имеют значительные отличия от изотопного состава кислорода на Солнце. Метеориты также сильно различаются по изотопному составу, но путаницу тут вносит то, что мы не знаем причины этих различий, а в данных очень много неопределенности.

Лунный кислород неотличим от земного с точностью до 0,001 %. Процентные содержания изотопов титана, элемента, который с химической точки зрения проявляет совсем другие свойства, чем кислород, имеют расхождение в 0,0004 %. То же самое верно и для циркония и так далее. Лунные и земные породы с высокой степенью достоверности происходят из одного изотопного источника, но тем не менее между ними есть и различия. Луна бедна изотопом калия 39К в сравнении с 41К, но это согласуется с идеей, что более легкие изотопы, как и вода, быстрее испаряются и теряются в чрезвычайно напряженном состоянии после столкновения. Это особенно ярко проявляется в случае с такими «полулетучими» элементами[247].

К концу 1990-х гг., хотя геохимики и находили не согласующиеся с ней данные, теория гигантского столкновения начала обретать убедительную форму как динамическая модель. Она объясняет отсутствие на Луне металлического железа, большой момент импульса системы Земля – Луна и низкое содержание воды в образцах, доставленных «Аполлоном». Ударный разогрев привел к образованию лунного океана магмы, который является необходимым начальным состоянием для появления лунной коры из анортозита. В довершение всего, эта теория объясняла все эти факты, постулируя событие, которое достаточно скоро было признано типичным для поздней стадии формирования землеподобных планет, стадии слияния олигархов.

В качестве совершенно иного подхода к проблеме планетообразования ученые в то же время терпеливо измеряли изотопный состав минералов из образцов, доставленных «Аполлоном», и использовали при этом все более впечатляющие методы. Полученные результаты вскоре расшатали первоначальную теорию гигантских столкновений[248]. Самое большое фактическое противоречие – Луна якобы по большей части состоит из вещества Тейи, но явных геохимических свидетельств этого в лунных образцах не нашлось, – привело к очень плодотворным двум десятилетиям, в течение которых идеи о формировании Луны[249] вели себя подобно планетам, иногда сталкиваясь и поглощая друг друга. Но в остальном наши разнообразные теории напоминают то, как в 1929 г. британский астрогеофизик Гарольд Джеффрис описал свою область знаний: «Полный непроверенных гипотез сарай, где нужно время от времени проводить весеннюю уборку, отправляя на костер все лишнее»[250].

Возможно, Тейя ударила Землю с такой энергией, что они взорвались, стартовав с нуля как гомогенная смесь[251]. Возможно, Земля и протолунный диск после гигантского столкновения каким-то образом обменялись практически всем кислородом. Возможно, у Луны на самом деле другой состав, но ее породы были позже похоронены под толстым слоем вещества земного происхождения. Возможно, имели место несколько гигантских столкновений меньшего масштаба. Возможно, Тейя возникла из того же изотопного источника, что и Земля, – гипотеза, которая разрешила бы все противоречия, но требует выполнения слишком многих условий.

Теория, выдвинутая в 1879 г. Джорджем Дарвином элегантно разрешила бы этот кризис, если бы только в ней сходилась физика. В соответствии с этой теорией, кратко описанной в первой главе, Земля вращалась так быстро, что Луна была выброшена из мантии – оставив после себя Тихоокеанский бассейн, как позднее говорили некоторые. Дарвин первым разработал теорию приливных сил, чье действие оттягивает Луну от Земли. В прошлом наш спутник был гораздо ближе, и скорость приливной миграции, таким образом, была гораздо выше. Каждое действие (расширение орбиты Луны) имеет равное противодействие (замедление вращения Земли), так что если вернуться к самому началу и предположить, что все вещество сосредоточено в одной планете в центре, то можно говорить о долунной Земле, вращающейся вокруг своей оси с периодом в пять часов.

Планета, вращающаяся так быстро, будет не совсем сферической, как астероид Веста (период обращения 5,3 часа). Но, чтобы исторгнуть спутник, планете нужно вращаться еще более чем в два раза быстрее. Не подозревая о гигантских столкновениях или о блуждающих планетах размером с Марс, Дарвин предположил, что Солнце могло посредством резонанса добавлять энергии к приливному бугру, пока тот не вздыбился и Луна не изверглась наружу, как Афина из головы Зевса[252]. Тем не менее, даже если бы этот механизм сработал, лунный сгусток вероятно либо сразу рухнул бы обратно, либо улетел бы в космос; чтобы он вышел на почти круговую орбиту, потребовались бы очень специальные условия. И даже если бы крупный сгусток и вышел на орбиту, он бы обращался вокруг Земли так быстро (один оборот за два часа), что его собственный приливный бугор, немного отставая, вскоре стащил бы его вниз. Дарвиновской Луне понадобился бы сильный дополнительный толчок.