Луну мог породить ядерный взрыв

Луна -- самое близкое к нам естественное небесное тело и единственное, по которому землянам удалось побродить. Из-за этой близости мы знаем о Луне гораздо больше, чем о других космических объектах, а благодаря работе американских астронавтов и советских автоматических станций даже можем изучать настоящее лунное вещество в комфорте земных лабораторий.

Ударная работа

И вместе с тем, несмотря на обилие настоящих экспериментальных данных -- а, может быть, как раз благодаря избытку таковых, -- мы до сих пор не можем предложить теорию происхождения Луны, которая бы легко и непринужденно объяснила все, что мы знаем о естественном спутнике Земли. То не сходится химический состав, то энергия или угловой момент, то приходится делать какие-то противоестественные допущения об условиях, в которых Луна формировалась.

На сегодняшний день общепринятой является ударная теория, предложенная 35 лет назад. Согласно этой модели, примерно через 40 млн лет после конденсации планет из первичного газопылевого облака, в Землю врезался огромный объект размером примерно с Марс или около того. Столкновение вновь расплавило Землю и выбросило в космос огромное количество вещества. Часть его осталась гравитационно связанной с Землей и позднее собралась в небесное тело, которое мы теперь, через 4,5 млрд лет после описываемых событий, называем Луной.

Ударная модель, поначалу принятая без особого энтузиазма, довольно быстро завоевала сердца астрономов, и уже к концу 1980-х годов считалась наиболее проработанной гипотезой. Факты к ней благосклонны: в столкновении высвобождается достаточно много энергии, часть выброшенного вещества должна оставаться в системе, а финальная орбита Луны вокруг Земли получается близкой к плоскости орбиты Земли вокруг Солнца (а не к земному экватору, наклоненному к ней на 20 с лишним градусов). Но самое главное, теория предсказывает близость изотопного состава вещества Луны и земной мантии -- просто потому, что Луна и есть сконденсировавшиеся брызги мантии.

Слишком близко

Тем не менее существуют специалисты, которым ударная гипотеза кажется даже слишком успешной. Например, Роберт де Мейер и Вим ван Вестренен из университетов Западного Кейптауна в ЮАР и Амстердама в Нидерландах, недовольны тем, насколько близок изотопный состав Луны и земной мантии. По их словам, они практически идентичны, притом для всех элементов -- и относительно легких, и достаточно тяжелых.

В этом ученые видят проблему. Дело в том, что из большинства компьютерных моделей, которые подробно просчитывают столкновение Земли с крупным космическим телом, следует, что объект, который образуется из брызг такого столкновения, должен лишь на 20% состоять из земного вещества. Большую его часть -- около 80% -- должны составить осколки того самого «тела размером с Марс». И кажется маловероятным, что у этого тела, сформировавшегося где-то в другом уголке Солнечной системы, изотопный состав будет очень близким к земному.

Теория другого Дарвина

В альтернативу ударной гипотезе де Мейер и ван Вестренен решили реанимировать теорию центробежного отделения Луны от Земли, выдвинутую еще Джорджем Дарвином (сыном автора «Происхождения видов»). Дарвин полагал, что новорожденная Земля вращалась настолько быстро, что вблизи экватора центробежная сила почти уравновешивала силу притяжения. Поэтому обычных приливов со стороны Солнца (а по приливам Дарвин был лучшим специалистом своего времени) оказалось достаточно, чтобы оторвать значительную часть вещества от формирующейся Земли. Из этого вещества, согласно теории, впоследствии и сконденсировалась Луна.

Как бы ни была красива теория Дарвина (особенно в виде, который придали ей в 1960-е годы Рингвуд и Уайз), при более подробных расчетах выясняется, что она по меньшей мере неполна. Например, из нее следует, что орбита Луны должна лежать вблизи земного экватора, с которого слетала большая часть образовавшего спутник вещества. Однако даже если эту проблему можно было бы побороть -- например, привлекая влияние того же Солнца, -- светило не в состоянии справиться с главной нестыковкой. Детальный подсчет показывает, что модели Дарвина--Рингвуда--Уайза для формирования нынешней Луны из земной мантии не хватает энергии.

Мегачернобыль

Де Мейер и ван Вестренен полагают, что знают, где взять эту энергию. По их мнению, ее могли дать ядерные реакции на границе ядра и мантии Земли. Начавшаяся здесь неконтролируемая реакция распада урана ^235,238 U и тория ²³²Th привела, по мнению голландцев, к взрыву куда хуже чернобыльского.

Выделившаяся энергия разогрела вещество до таких температур, при которых даже на глубине в тысячи километров вещество мгновенно переходит в газообразную фазу. Этот разогретый пузырь устремился к поверхности, разгоняя перед собой вещество мантии, и, достигнув границы Земли, лопнул, забрызгав мантийными силикатами все околоземное пространство. Дальше гипотеза де Мейера и ван Вестренена переходит в теорию Дарвина--Рингвуда--Уайза и неплохо описывает конденсацию Луны и эволюцию ее орбиты.

По словам авторов гипотезы, чтобы запустить самоподдерживающуюся реакцию распада естественной смеси урана и тория, необходимо создать их концентрацию порядка 150 частей на миллион. Это примерно в 20 раз выше средней концентрации урана и тория на границе ядра и мантии в начале существования Земли. Тем не менее такие неоднородности, в принципе, возможны.

Надо признать, что взрыв, родивший Луну в рамках этой гипотезы, был очень мощным. По подсчетам ученых, недостача энергии в классической теории отделения Луны составляет порядка 100 трлн мегатонн в тротиловом эквиваленте; сравнивать это значение с энергией земных взрывов как-то даже не имеет смысла -- все равно наглядно представить триллион вряд ли возможно. Достаточно сказать, что размером тот естественный ядерный реактор, с неконтролируемого взрыва которого началась история Луны, должен был быть около 250 км в поперечнике.

На краю

Конечно, предположить 20-кратную флуктуацию концентрации урана на пространственных масштабах в 250 км не очень просто. Поэтому, каковы бы ни были успехи теории де Мейера и ван Вестренена в объяснении свойств лунного вещества, ей пока суждено оставаться в статусе маргинальной гипотезы. Собственно, даже опубликовать свою работу в серьезном журнале эти вполне уважаемые ученые пока не смогли: уже больше года они бодаются с рецензентами.

Тем не менее проблема слишком уж тесной близости в изотопном составе мантии Земли и лунного вещества действительно существует, и простого ее решения в рамках стандартной на сегодня ударной гипотезы не видно. Кроме того, теория де Мейера и ван Вестренена естественно объясняет, почему Луна возникла так рано в истории Земли.

Наконец, у нее есть нетривиальное предсказание: из нее следует, что лунное вещество на большой глубине должно быть обогащено гелием-3 -- тем самым изотопом, добычей которого были заняты герои фильма «Луна-2112» и головы реальных российских космических чиновников. Правда, чтобы проверить это предсказание, придется бурить довольно глубоко -- внешние слои Луны должны быть обогащены гелием-3 в любом случае, благодаря постоянной бомбардировке небесного тела солнечным ветром.

Познакомиться с другими достоинствами теории и задуматься о ее недостатках можно благодаря препринту неопубликованной статьи, размещенному в архиве Корнельского университета.