«Покажи личико…»
А вот и результат. Когда геологи стали изучать древние песчаные отложения, они обнаружили в них следы периодичности, вызванные такими приливами. По изменениям этой периодичности ученые сумели вычислить, что во времена рождения Луны земные сутки длились всего 5, а то и меньше часов. Сегодня они, как мы знаем, составляют уже 24 часа. А что будет дальше? Приборы, оставленные американскими космонавтами на Луне, позволили определить, что сегодня наши сутки ежегодно удлиняются на 15 микросекунд, а Луна ежегодно отодвигается от нас на 38 миллиметров. Так что в принципе через 3-4 миллиарда лет приливное действие Луны может полностью остановить земное вращение, и Луна навечно повиснет над одной точкой Земли. Впрочем, уже через 2 миллиарда лет наше Солнце, следуя путем всех солнцеподобных звезд, разогреется настолько, что вся вода на Земле полностью испарится, так какие уж тут приливы, какое торможение?! Ну а еще через 2,5 миллиарда лет Солнце вообще превратится в красный гигант и попросту поглотит все свои планеты вместе с их спутниками. Бр-р…
Вернемся лучше к лунному «личику». До сих пор мы говорили о приливном воздействии Луны на Землю, но понятно, что так же, как Луна тормозит вращение Земли, гравитация Земли в свою очередь создает приливы в лунном грунте и тем самым тормозит вращение Луны. А так как Луна намного меньше Земли по массе и ее инерция соответственно тоже меньше, такое торможение давно уже привело к тому, что Луна претерпела, как говорят ученые, приливное замыкание. Это значит, что она стала обращаться вокруг своей оси почти за то же время, что вокруг Земли. И именно в результате такого замыкания она все время обращена к Земле только одной своей, ближней, стороной. Дальняя сторона Луны всегда остается невидимой.
Впрочем, это не совсем полное замыкание. Поскольку Луна вращается вокруг Земли не строго по окружности, а по эллипсу, это приводит к небольшим поворотам ее шара по отношению к Земле, и благодаря таким поворотам становятся видны узкие полоски дальней стороны. В общей сложности Луна открывает нам 59% своей поверхности, и это означает, что 82% дальней стороны остаются невидимыми всегда. Ну как тут селеноведу не завопить в сердцах: «Да открой же ты наконец свое личико, что ты там прячешь?!»
И вы знаете, его ярость понятна. Веками люди гадали, что там, на той стороне Луны, как она выглядит и чем отличается, и предположения эти порой были самые фантастические. К примеру, замечательный польский писатель Ежи Жулавский, которого я когда-то переводил, построил свою лунную трилогию на предположении, что на обратной стороне Луны есть атмосфера, пригодная для дыхания. Впрочем, сами селеноведы в основном считали, что свойства Луны, как и свойства всех других планетных спутников и самих планет, одинаковы на обеих сторонах. И как же они были посрамлены! Когда в 1959 году советский зонд «Луна-3» облетел Луну и впервые сфотографировал ее тыльную поверхность, выяснилось, что «под чадрой» у Луны совсем другое, непривычное и неожиданное лицо. Я бы рискнул сказать, что Луна оказалась похожа на Портоса из «Трех мушкетеров»: ее обращенная к Земле сторона была куда наряднее, чем то, что она прятала за спиной.
Главное отличие дальней стороны состояло в том, что на ней практически не обнаружилось лунных морей. Так астрономы когда-то назвали огромные темные пятна на видимой стороне Луны, полагая, что это дно бывших лунных морей. В действительности это оказались огромные излияния базальта - следы древних прорывов магмы в отверстия, пробитые в лунной коре ударами громадных метеоритов и астероидов. Так вот, на видимой стороне Луны эти моря занимают более 31% поверхности, а на дальней стороне – всего 1%! Зато дальняя сторона буквально целиком покрыта следами древних ударов – малыми и большими кратерами. И это две трудные загадки, которые Луна, открыв «личико», задала своим исследователям. Точнее одну, потому что оба отличия дальней стороны можно свести к одному: там после метеоритных ударов на поверхность почему-то выливается меньше магмы и кратеры остаются видимыми. Правда, можно было бы на скорую руку подумать, что на дальнюю сторону метеориты просто падали чаще, потому что переднюю сторону Луны прикрывает от метеоритов Земля, но расчеты, проведенные учеными НАСА, показали, что с учетом расстояния от Земли до Луны и размеров обоих тел земной заслон уменьшает вероятность столкновения передней стороны с метеоритом на одну десятитысячную долю по сравнению с дальней стороной!
В 2011 году планетологи Мартин Утци и Эрик Асфог выдвинули фантастичное на первый взгляд объяснение. Они заявили, что дальняя сторона Луны является двухслойной. Когда-то в далеком прошлом на дальнюю сторону Луны совершило почти мягкую посадку другое небесное тело несколько меньшего размера, которое распласталось по всему дальнему полушарию. В результате кора Луны стала там намного толще, и метеориты с астероидами, падавшие туда позднее, уже не могли пробить дыры такой величины (или такой глубины), чтобы вылившаяся из них магма образовала моря. Хотя и фантастичная на первый взгляд, эта гипотеза получила два подтверждения, точнее два подкрепления. Одно состояло в том, что геологическое изучение Луны, произведенное с помощью космических зондов, показало, что лунная поверхность на дальней стороне в среднем на 1,5-1,9 километра выше, чем на ближней, то есть кора там толще. А второе подкрепление было теоретическим: гипотеза Утци и Асфога хорошо согласовывалась с господствующей в настоящее время теорией образования Луны.
Тут я должен сделать небольшое отступление. Увлеченный рассказом о загадках скрытого «личика» Луны, я пренебрег другой, даже более фундаментальной ее загадкой, состоящей в том, что само появление у Земли такого относительно большого спутника весьма трудно объяснить. Верно, спутники есть и у других планет, но это либо захваченные ими астероиды, либо небольшие сгустки вещества, образовавшиеся одновременно с планетой на той же орбите. Но ранняя Земля не могла затормозить и пленить такой огромный (относительно ее собственных размеров) астероид, как Луна, потому что для этого она должно была бы обладать неправдоподобно протяженной и плотной атмосферой. А если бы Луна образовалась из того же вещества, что и Земля (такую мысль отстаивал, в частности, российский ученый академик Галинов), у нее должно было быть пропорционально большое, как у Земли, железо-никелевое ядро. Но увы, плотность Луны так низка, что ее ядро, видимо, очень мало - не больше 5% ее массы (у Земли – 32%!) Третий возможный путь образования Луны указал еще в конце XIX века английский физик Френсис Дарвин (сын Чарлза Дарвина). По его предположению, Луна оторвалась от ранней, еще расплавленной Земли, как камень от веревки, под воздействием центробежных сил. Но более поздние расчеты показали, что такой отрыв требовал неправдоподобно быстрого вращения ранней Земли.
Последовательно отбросив все эти гипотезы, ученые пришли к мысли, что единственный реальный сценарий образования Луны – это столкновение Земли с каким-то крупным небесным телом. Эту «теорию гигантского удара» предложили в 1975 году одновременно Хартман и Дэвис, а также Камерон и Диас. И действительно, их расчеты показали, что в ходе столкновения Земли с телом величиной с Марс (если оно налетело на Землю под углом около 45 градусов и с относительной скоростью около 4 км в сек.) поверхностный слой обоих тел (мантия) должен был расплавиться и часть вещества должна была образовать облако вокруг Земли, которое быстро (за какую-нибудь сотню лет!) сгустилось в нынешнюю Луну. По мнению авторов гипотезы, ударившее Землю тело (его назвали Тея, как звали мать Селены в греческой мифологии) образовалось на той же орбите, что и Земля (и потому было по химическому составу близким к Земле), но долгое время скрывалось в одной из точек Лагранжа. Так в небесной механике именуют места минимальной гравитационной энергии в системе трех тел (в данном случае в системе Солнце - Земля - Тея). Грубо говоря, это места, где притяжение Теи к Земле уравновешивалось ее притяжением к Солнцу. Находясь в таком месте, Тея могла достаточно долго там оставаться, но в конце концов воздействие других планет ее оттуда вытолкнуло, и она, не успев еще набрать большую скорость, столкнулась с Землей. В силу малости Теи основную часть вещества Луны составила земная мантия, что объясняет удивительное сходство состава лунных скал с земными. Скользящий характер удара объясняет также появление большого вращательного момента в системе Земля - Луна и нынешний наклон земной оси. Получает объяснение и малость железного ядра Луны, потому что железное ядро Теи при таком ударе должно было войти в состав ядра Земли.
Так вот, расчеты этого процесса образования Луны приводили к выводу, что кроме вещества, пошедшего на Луну, вокруг Земли после столкновения с Теей должно было остаться еще около трети всего выбитого ударом вещества. Можно было предположить, что это вещество в свою очередь сконденсировалось в луноподобное тело, которое какое-то время скрывалось (наподобие Теи) в одной из лагранжевых точек системы Земля - Луна, но потом было вытолкнуто оттуда, столкнулось с Луной и распласталось на ее дальней стороне. По расчетам Утци и Асфога, это распластывание стало возможным потому, что соударение обоих тел произошло на очень малой для космоса скорости (2-3 км в сек.). Однако этой скорости, по их мнению, хватило, чтобы выдавить основную часть жидкой лунной магмы на видимую сторону Луны, что может объяснить, почему на этой стороне лунная кора особенно богата выделяющими тепло радиоактивными элементами.
История загадки дальней стороны, однако, на этом не кончилась, ибо не далее как в июне нынешнего года было предложено еще одно ее объяснение, что и породило мой нынешний рассказ. По мнению профессора Сигурдсона из Пенсильвании, различие двух сторон Луны возникло уже в момент ее образования в силу того, что она очень быстро, еще находясь вблизи раскаленной ударом Земли, претерпела приливное замыкание и ее обращенная к Земле сторона долго испытывала сильнейший нагрев. В результате силикаты и металлы внутри Луны сдвинулись на более холодную дальнюю сторону, и там образовалась более толстая кора.
Так что теперь перед нами еще одна лунная загадка: какое из этих объяснений окажется верным?
Рафаил Нудельман
"Окна", 7.10.14