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

Martin Jutzi, University of Bern, Switzerland

Позже в тот же день Мартин сравнил смоделированную нами топографию с реальной топографией Луны; наши данные соответствовали очертаниям бугра каменистых нагорий так же точно, как и модель застывшего приливного воздействия, но нам не нужно было объяснять отсутствие такого же бугра на видимой стороне Луны. Ого! Оно сработало! До этого мы не задумывались об астрофизике, геофизике или небесной динамике, но теперь нам пришлось ими заняться[305].

Это были расчеты совершенно нового типа – медленное столкновение огромных твердых планет с внутренним трением, – так что нам нужно было проверить наши результаты. Мы уже несколько лет тестировали эту программу на предмет соответствия элементарной физике пористости, сдавливания, трения и дробления, поэтому наши модели казались нам достоверными – до определенной степени. Но теперь мы явно вышли за рамки лаборатории. Нам было нужно что-то, с чем это сравнивать, какая-то точка отсчета. У нас были проверенные временем правила масштабирования кратерообразования, которые работают для плоских, полубесконечных планет; если применить их к Луне, тело диаметром 1300 км, ударившее со скоростью 2,4 км/с, должно было вытеснить всего одну пятую своего объема[306]. Это согласуется с нашими результатами: ударяющее тело переполняет собственный кратер.

Ободренные таким простейшим подтверждением, мы решили сделать картинку более реалистичной, повысив разрешение в три раза, что потребовало гораздо более долгой работы компьютера. В последний момент, как раз перед тем, как запустить программу, Мартину пришла в голову мысль добавить под твердую кору толщиной 30 км 10-километровый слой густого расплавленного вещества, соответствующий глубокому остаточному океану магмы – слою KREEP. По физическим свойствам он не слишком отличался – те же материалы, только горячее, – но придавал всей истории очень важный поворот. Слой KREEP широко распространен на видимой стороне и почти отсутствует на обратной. Высокая концентрация в нем радиоактивных элементов, в том числе урана и тория, считается причиной относительно позднего разогрева магмы, заливавшей лунные моря. Меньшую луну мы сделали из того же материала, что и основная масса лунной мантии, только немного менее плотного, поскольку его не так сильно сдавливает гравитация.

Выбор свойств обоих тел и исходных параметров столкновения – очень ответственное решение. Суперкомпьютеры требуют не только времени, которое уходит на то, чтобы дождаться ответа (от нескольких недель до нескольких месяцев), но и денег (один расчет может стоить десятки тысяч долларов). Уже потратив и деньги, и время, вы можете оказаться пленником своей гипотезы: коготок увяз – всей птичке пропасть. Вдобавок, начав рисовать красивую графику, автор может влюбиться в свое творение и потерять объективность. На обсчет нашей модели в высоком разрешении ушло десять дней. Мы не ожидали, что результат будет значительно отличаться от предварительного, и поэтому, пока компьютер корпел над цифрами, начали готовить черновик статьи и обдумывать динамические аспекты сценария с троянскими спутниками.

Но новые данные моделирования, которые учитывали наличие слоя KREEP, преподнесли неожиданный сюрприз: наша нашлепка выдавила этот слой, как будто вы ударили кулаком по вишневому пирогу, и вся его начинка перетекла в другое полушарие. Поскольку в слое KREEP содержатся источники радиоактивного разогрева, такая его локализация может объяснить, почему крупные вулканические затопления происходили только на видимой стороне Луны с ее районами высокой теплоотдачи и молодыми морями. Что же касается обратной стороны, она с точки зрения геологии стала мертвой, словно вы бросили лопату холодного грунта на тлеющие угли костра.

Наша гипотеза была выдвинута, чтобы объяснить, почему кора на обратной стороне Луны в два раза толще, но заодно объяснила и отсутствие там слоя KREEP, и дихотомию лунной геологической активности. К несчастью, она смогла пройти через проверки, бросающие ей прямой вызов. Одной гравитации оказалось тут недостаточно.

Спустя несколько сотен секунд после начала постулированного гипотезой о двух лунах столкновения троянская луна превращается в полушарную нашлепку на поверхности Луны.

Martin Jutzi, University of Bern, Switzerland

Нагорья на обратной стороне Луны, насколько мы можем судить, состоят практически из того же материала, что и нагорья на видимой стороне. Хотя мы никогда не брали образцы с обратной стороны напрямую[307], примерно половина (чисто статистически) из сотен имеющихся у нас лунных метеоритов прилетела именно оттуда, но отличить их мы никак не можем. Поскольку троянский спутник сформировался из того же протолунного диска, что и Луна, его состав никак не поможет нам при проверке – он затвердел из океана магмы, состоящего из аналогичного материала, только под много меньшим внутренним давлением. Итогом стало бы очень похожее на Луну распределение горных пород с относительно плотными, богатыми оливином внутренними областями и богатой плагиоклазом корой – мини-Луна без ядра.

Хотя мы не включили этого в нашу модель, богатые оливином внутренние области спутника диаметром 1300 км в итоге оказались бы расплющенными внутри блина и в готовой нашлепке превратились бы в оливиновый слой на глубине примерно 10 км под поверхностью обратной стороны Луны. (Но никакого железа – все оно было бы собрано в ядро самой Луны на начальном этапе аккреции.) На Луне есть множество странных и необъяснимых обнажений оливина – четче всего их картировал японский орбитальный аппарат «Кагуя». Этот факт согласуется с наличием относительно неглубоко залегающего слоя оливина, выходящего на поверхность при столкновениях с небесными телами типа Чикшулубского метеорита. Наша модель также предсказывает, что сколько-то обнажений оливина найдется вдоль границы видимой и обратной сторон (то есть в районе лунного лимба), хотя 4,4 млрд лет спустя они будут плохо различимы.