История всего. 14 миллиардов лет космической эволюции - Дональд Голдсмит

Эта модель воронкообразного формирования планетезималей выглядит многообещающе, хотя пока ей не удалось завоевать сердца тех, кто продолжает искать объяснение тому, как Солнечная система произвела на свет все необходимое для юных планет. После тщательного анализа становится ясно, что модель предлагает более удачную трактовку процессов формирования ядер Юпитера и Сатурна, чем Урана и Нептуна. Так как у астрономов нет возможности доказать, что те нестабильные участки, без которых модель становится голословной, действительно когда-то существовали, нам тоже следует воздержаться от каких-либо личных суждений. Существование бесчисленных малых астероидов и комет, которые своими размерами и составом весьма напоминают планетезимали, поддерживает идею о том, что миллиарды лет назад из миллионов планетезималей образовались многочисленные планеты. Так что давайте относиться к образованию планетезималей как к установленному, пусть и не до конца понятному, явлению, которое каким-то образом заполняет зияющий пробел в наших знаниях, и перейдем к следующему развлечению: рассмотрим, что происходит, когда планетезимали сталкиваются.

После того как из окружающих Солнце газа и пыли сформировалось несколько миллиардов планетезималей, все эти объекты принялись сталкиваться друг с другом, соединяться и создавать более крупные объекты, чтобы в конце концов образовать собой четыре внутренние планеты Солнечной системы и ядра ее четырех внешних планет-гигантов. Нельзя забывать и о лунах планет — более скромных в размере объектах, что вращаются вокруг каждой планеты Солнца за исключением самых близких к нему: Меркурия и Венеры. Самые крупные из этих лун, диаметры которых составляют от нескольких сотен до нескольких тысяч миль, вроде бы аккуратно вписываются в созданную нами модель: предположительно они образовались вследствие тех самых столкновений планетезималей. Образование лун завершилось тогда, когда в результате столкновений миры-спутники доросли до своих сегодняшних размеров, потому что (позволим себе предположить) к тому времени близлежащие планеты с их более сильной гравитацией присовокупили к себе большинство расположенных рядом планетезималей. В эту картину надо не забыть включить сотни тысяч астероидов, что вращаются вокруг Марса и Юпитера. Самые большие из них достигают в диаметре нескольких сотен миль, и они тоже наверняка выросли за счет столкновений планетезималей — правда, в какой-то момент обнаружили, что расти и дальше им уже не дает гравитационное вмешательство близлежащего гиганта Юпитера. Самые мелкие астероиды, менее километра в ширину, вполне могут представлять собой обнаженные планетезимали — объекты, образовавшиеся из пыли, но ни разу не столкнувшиеся с себе подобными — опять же благодаря влиянию Юпитера, — после того как они достаточно выросли, чтобы участвовать в гравитационном взаимодействии.

Для спутников гигантских планет такой сценарий вполне подходит. У всех четырех гигантских планет есть семейства спутников, размеры которых варьируются от огромных и невероятно огромных (вплоть до размеров Меркурия!) до маленьких и даже крошечных. Самые маленькие из таких лун, менее мили в диаметре, тоже могут оказаться обнаженными планетезималями, лишенными вследствие близости других объектов, которые уже успели вырасти в разы крупнее, каких-либо возможностей дальнейшего роста за счет столкновений. В каждом из этих четырех семейств спутников почти все наиболее крупные луны вращаются вокруг своих планет в одном и том же направлении и делают это практически в одной и той же плоскости. Трудно удержаться от того, чтобы не объяснить этот факт так же, как и в случае с планетами, которые вращаются вокруг Солнца в одном и том же направлении и примерно в одной плоскости: вокруг каждой из этих планет вращалось когда-то облако газа и пыли, из которого потом сформировались «комки» вещества, позднее выросшие до размеров планетезималей, а затем и лун.

Во внутренней Солнечной системе только у нашей Земли есть луна значительного размера. У Меркурия и Венеры лун нет, а две картофелеобразные луны Марса — Фобос и Деймос — насчитывают всего несколько миль в ширину каждая, из чего следует, что они представляют собой более ранние стадии формирования более крупных объектов из имеющихся уже планетезималей. Некоторые теории приписывает происхождение этих лун астероидному поясу, а их сегодняшние орбиты — воздействию гравитации Марса, которому удалось с успехом подтянуть два этих бывших астероида к себе поближе.

Диаметр нашей Луны составляет более 2000 миль, и крупнее ее из всех лун Солнечной системы лишь Титан, Ганимед, Тритон и Каллисто; в целом по размеру наша Луна сравнима с Ио и Европой. Так является ли Луна продуктом столкновений планетезималей, как и четыре внутренние планеты нашей системы?

Пока человек не привез на Землю образцы лунных пород, эта теория казалась вполне состоятельной. Более 30 лет назад химический состав этих образцов., доставленных на Землю по итогам успешного возвращения из космоса «Аполлона», наложил сразу два ограничения на вероятное происхождение Луны. С одной стороны, состав лунного камня настолько сильно напоминает земные породы, что предположение о формировании Луны независимо от нашей планеты более не кажется приемлемым. С другой — состав лунного камня достаточно отличается от состава коры Земли, чтобы стало очевидным: спутник Земли не целиком образовался из того же земного материала, что и сама планета. Но если Луна сформировалась где-то рядом с Землей и при этом не из аналогичного источника материала, то как и откуда она тогда взялась?

Принятый сегодня ответ на этот непростой вопрос, на первый взгляд вызывающий изумление, строится на когда-то популярной гипотезе о том, что Луна сформировалась в самом начале истории Солнечной системы вследствие какого-то колоссального по силе внешнего воздействия, которое «вычерпнуло строительный материал» со дна Тихого океана и закинуло его в космос, где он сжался в единый объект и образовал нашу Луну. Согласно этой новой версии, которая уже обрела довольно широкое признание как наиболее качественное из доступных человеку объяснений, Луна действительно сформировалась после того, как о Землю ударился гигантский небесный объект, но его размер был настолько велик — практически размером с Марс, — что часть его собственного вещества естественным образом добавилась к веществу, отброшенному с Земли в космос. Большая часть материала, отбывшего в космос в результате этого происшествия, могла разлететься достаточно далеко, но все же материала осталось достаточно для того, чтобы образовать нашу Луну, сделанную из земного вещества с добавлением неземного. Все это произошло примерно 4,5 миллиарда лет назад, в первые 100 миллионов лет после того, как началось образование планет Солнечной системы.

Если предмет размером с Марс ударился о Землю в те незапамятные времена, то где же он сейчас? Удара вряд ли было бы достаточно того, чтобы расколоть этот предмет на столь крохотные останки, что мы не могли бы их увидеть: наши лучшие телескопы способны обнаружить во внутренних областях Солнечной системы объекты не крупнее планетезималей. Ответ на это возражение предлагает нам полноценную новую картину всей Солнечной системы — картину, которая подчеркивает ее жестокую и склонную к столкновениям природу. Сам факт, что планетезимали способны были соединиться в один объект размером с Марс, еще не является гарантией того, что этот объект просуществовал достаточно долго. Вероятно, он не только столкнулся с Землей, но и разбросал свои куски в результате столкновения во все стороны по всей Солнечной системе, где они продолжали время от времени сталкиваться с самой Землей и другими внутренними планетами, друг с другом и с той же Луной (когда она закончила формироваться). Другими словами, во внутренней Солнечной системе на протяжении первых нескольких сотен миллионов лет царила ужасная сутолока, и те куски, что прикрепились к планетам после столкновения с ними, становились частью этих планет. Встреча Земли с тем самым объектом размером с Марс — это не единственное, но всего лишь одно из самых крупных и мощных событий во время продолжительного дождя из падающих на Землю и ее соседей объектов и даже планетезималей самой разной величины, бомбардирующих всех и вся в эту эпоху разрушений.