Рис. 11.2 Образец типичного лунного анортозита. Источник: Wikimedia Сommons
Это открытие стало потрясением. Если Луна почти полностью состоит из мантийного материала, то она должна оказаться частью земной мантии, которая сформировалась уже после того, как первоначальная Земля разделилась на ядро из железа и никеля (см. главу 10) и мантию из силикатных минералов. Иными словами, Луна образовалась намного позже того, как Земля сформировалась и остыла и в ней выделились отдельные слои.
Еще более поразительно, что единственным способом доставки в космос большого количества мантийного материала был мощный удар по ранней Земле каким-то другим телом (рис. 11.3). Специалисты по планетной геологии назвали это гипотетическое тело Тейя (так в греческой мифологии звали мать Селены – богини Луны) и предположили, что это была протопланета размером с Марс, которая ударилась о Землю, а в результате сила столкновения отколола материю с одной стороны нашей планеты и отбросила на околоземную орбиту. Когда отделенные обломки начали вращаться вокруг Земли (на дистанции, равной одной десятой от ее нынешнего расстояния до Луны), они постепенно соединились. Энергия этого столкновения была поразительной! Триллионы тонн материала испарились, а температура Земли поднялась до 10 000 ℃.
Рис. 11.3 Удар, который обрушился на мантию и образовал Луну, в представлении художника. Источник: Wikimedia Сommons
Тепло от ее собственных радиоактивных минералов полностью расплавило Луну, и основная ее часть должна была сохранить тот же состав, что и земная мантия; при этом такое плавление должно было вызвать колоссальные извержения формирующей магматические океаны базальтовой лавы, которая сейчас образует темные участки на ее поверхности – лунные моря (рис. 11.4). Кроме того, у Луны есть крошечное железное ядро диаметром всего 330–350 км, которое считается остатком ядра Тейи, сохранившимся после столкновения; таким образом, былое железоникелевое ядро Тейи почти целиком слилось с ядром Земли. Если бы оказалась верной «сестринская» модель или «дочерняя» (которым отдавали предпочтение планетологи до полета «Аполлона-11»), то у Луны было бы большое ядро, и его размеры относительно мантии пропорционально соответствовали бы соотношению ядра и мантии Земли.
Рис. 11.4 На ближней стороне Луны, всегда обращенной к Земле, видны ударные кратеры и темные пятна лавы (лунные моря). Фото NASA
Когда же все это произошло? И снова лунные породы дают ответ. Многие лаборатории установили возраст этих камней, используя те же уран-свинцовые (см. выше) и свинец-свинцовые методы датирования. Большинству из них не менее 4 млрд лет, а потому можно предположить, что поверхность Луны образовалась очень давно и с тех пор не претерпела значительных изменений. В конце концов, там не существует сил, которые действуют на Земле и которые меняют земную поверхность, – на Луне нет атмосферы, нет воды, нет выветривания, нет тектоники плит, а сила тяжести невелика. Единственные серьезные изменения лунной поверхности вызваны мощными ударами, оставившими кратеры (рис. 11.4); однако возраст большинства обломков в кратерах превышает 3,9 млрд лет, поэтому столкновения в основном происходили очень давно, и с тех пор мало что случалось.
Возраст самых старых доударных пород с Луны ныне составляет 4,527 ± 0,0010 млрд лет. Это примерно на 30 млн лет меньше возраста метеоритов, которые относятся ко времени зарождения Солнечной системы. Поэтому Луна определенно моложе событий, сформировавших Солнечную систему и Землю, а также того периода плавления, когда ядро Земли отделилось от ее мантии.
С тех пор как анализ лунных пород впервые позволил выдвинуть гипотезу колоссального удара, появилось много новых доказательств, подтверждающих тот факт, что источником Луны была мантия Земли. Почти все геохимические изотопы (кислород, титан, цинк и многие другие), изученные за последние полвека после получения лунных пород, показывают, что у Луны и у земной мантии одинаковый химический состав. С тех пор в ударную модель внесено множество модификаций: в одних вариантах используется несколько ударных тел, в других предполагается другой размер ударного тела или иная механика удара. Но какую бы теорию ни предпочитали ученые, доставленные «Аполлонами» образцы неопровержимо указывают на то, что Луна была частью земной мантии.
Власть Луны
Забавно. Когда-то мы тратили массу времени, глядя в космос и гадая, что же там есть. Были одержимы Луной и мыслями, сможем ли когда-нибудь побывать там. День, когда мы наконец ступили на нее, отмечался во всем мире как, возможно, величайшее достижение человечества. Но когда мы собирали камни в пустынном лунном ландшафте, мы подняли глаза и заметили, насколько невероятна наша собственная планета с ее неповторимой удивительной красотой. Мы называли ее Матерью-Землей. Потому что она нас родила, а потом мы выжали из нее все соки.
Люди веками смотрели на Луну и приписывали ей таинственные силы. В популярном фильме «Власть Луны» герои ведут себя странно под влиянием полнолуния. Считается, что оно заставляет вервольфов превращаться из людей в волков, а настоящих людей побуждает творить безумства. В астрологии положение Луны в момент нашего рождения якобы влияет на нашу личность и будущее, хотя это полная чушь. Многие народы обвиняли ее в странных событиях или поклонялись ей как божеству. Научная фантастика, в период своего становления, изображала людей на Луне или пришельцев с Луны, вторгающихся на Землю. Люди разных стран смотрели на темные и светлые пятна на поверхности светила и представляли себе «лицо» или видели «лунного человека». В одном из самых ранних (1902) немых фильмов «Путешествие на Луну» капсулу с героями загружают в пушку и отправляют на Луну, где пушечный снаряд вонзается в глаз «лунного лица». Фильм был создан под влиянием опубликованного в 1865 г. научно-фантастического романа Жюля Верна «С Земли на Луну прямым путем за 97 часов 20 минут», персонажи которого отправились на Луну с помощью выстрела из пушки. Наши современные знания обессмыслили все подобные представления.
Однако Луна действительно влияет на нас, причем удивительными способами. Астрономы и физики указывают на интересную динамику: относительно большой размер нашего спутника (по сравнению с размерами спутников других планет) оказывает стабилизирующий эффект, поддерживая устойчивое вращение Земли. Многие также полагают, что удар привел к отклонению оси вращения нашей планеты на 23,5° от перпендикуляра к плоскости ее орбиты. Когда произошло столкновение, ось вращения Земли отклонилась от вертикали на 23,5°, и теперь она покачивается, как юла (см. об этом в главе 25).
История о том, как система Земля – Луна обрела современное состояние, удивительна не менее самого первоначального удара. Приливные силы со стороны Земли полностью остановили вращение Луны вокруг своей оси, поэтому она всегда обращена к Земле одной и той же стороной. Люди видели только эту сторону нашего спутника, пока астронавты на «Аполлоне-8» не облетели Луну (рис. 11.5) и не сфотографировали ее[47]. (Обратная сторона Луны – это вовсе не темная сторона Луны, как в названии знаменитого альбома The Dark Side of the Moon группы Pink Floyd: постоянной «темной стороны» у Луны не существует, поскольку обе ее стороны выходят на свет и погружаются во тьму поочередно, в зависимости от положения относительно Солнца.) Между тем приливные силы со стороны Луны точно так же постепенно замедляют вращение Земли, увеличивая сутки примерно на 1,5 миллисекунды за столетие. В начале каждого нового года (в частности, после миллениума в 2001-м) самые точные в мире часы необходимо корректировать с учетом этого замедления, поскольку в противном случае произойдет рассинхронизация с атомными часами.
Рис. 11.5 Обратная сторона Луны, которую может увидеть своими глазами только экипаж космического корабля на окололунной орбите. Впервые это испытали астронавты «Аполлона-8» в 1968 г. Фото NASA
Может показаться, что миллисекунды мелочь, но они складываются в течение миллионов и миллиардов лет. Физики провели расчеты и обнаружили, что раньше Земля вращалась быстрее и в геологическом прошлом в году было гораздо больше дней, чем сейчас.
Подтверждение этому поразительному открытию принесла палеонтология скромных кораллов. В начале 1960-х гг. палеонтолог Джон Уэллс из Корнеллского университета изучал ископаемые кораллы, у которых были видны как линии дневного роста, так и более крупные отметки, показывающие годовой цикл. Он сумел сделать очень тонкие срезы кораллов, отполировал их, а затем под микроскопом подсчитал годичные кольца. Действительно, в девонский период (около 400 млн лет назад) Земля вращалась вокруг своей оси намного быстрее: за один оборот вокруг Солнца (год) она делала 400 оборотов вокруг своей оси (то есть в году было 400 дней). Еще раньше, около 600 млн лет назад, день длился меньше 21 часа, а не 24 часа, и год насчитывал 430 дней. А всего 150 млн лет назад в году было 380 дней.
Что это значит? Земля постепенно (хотя по человеческим меркам чрезвычайно неспешно) замедляется, и поэтому когда-нибудь (примерно через 20 млрд лет) приливные силы остановят ее вращение, и наша планета будет навсегда обращена к Луне одной стороной, а вторая сторона не увидит Луну никогда. Энергия всей системы Земля – Луна также уменьшается, и потому обе части этой системы медленно расходятся. Когда обломки, создавшие Луну, впервые выбросило в космос, она находилась, напомню, вдесятеро ближе к Земле, чем сейчас, и с тех пор наш спутник медленно удаляется от нас. Во времена трилобитов (почти 600 млн лет назад) Луна в небе выглядела огромной. Ее приливные силы на таком расстоянии были настолько мощными, что во время приливов и отливов по планете проносились огромные настоящие волны (а не вызванные землетрясениями цунами, которые не имеют ничего общего с приливами).