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

Начало идее о том, что у Земли когда-то было две луны, одна из которых превратилась в нагорья на обратной стороне нашего нынешнего спутника, как это часто случается в науке, было положено размышлениями о чем-то совершенно постороннем. Мы с Мартином Ютци из Университета Берна изучали странные формы комет, разрабатывая модели дробления и деформации при столкновении, чтобы понять, как именно происходит их аккреция [278]– насколько быстро и каким образом. Кометы, как выяснилось из наблюдений, часто имеют «форму утки» с двумя скрепленными вместе неравными долями, как комета 67P/Чурюмова – Герасименко. Цель зонда «Новые горизонты» астероид Ультима Туле может служить другим подобным примером. В иных случаях кометы выглядят как слоистые груды – идея, которую защищает астроном Майк Белтон из обсерватории Китт-Пик, первопроходец геофизики комет, который также был руководителем группы визуализации во время экспедиции «Галилео» в систему Юпитера.

Скосите глаза. Это стереопара изображений имеющей форму утки кометы 67P/Чурюмова – Герасименко и исходящих от нее струй. Если вам удастся совместить изображения, сделанные со сдвигом в 1,2°, мозг воссоздаст трехмерную картинку. В момент фотографирования 4-километровая комета выбрасывала пыль и газ со скоростью десятков килограмм в секунду.

ESA/Rosetta/MPS

Аккреция ранних объектов внешней Солнечной системы происходила, как считается, посредством «аварий-гармошек из многих автомобилей» [279], и Белтон предположил, что составляющее их вещество было мягким и пушистым, как пух в подушках, так что они могли формировать аккреционные структуры, которые он назвал «талпсами» ( talps – слово splat , «нашлепка», прочтенное наоборот). Измеренные объемные плотности комет составляют примерно половину от плотности водяного льда – то есть они в самом деле должны быть пушистыми и легко деформируемыми [280]. Если вы когда-либо строили снежную крепость, вам знаком этот процесс: шлепнуть наверх ком снега с достаточной силой, чтобы он расплющился и стал частью стены, а потом повторить это снова и снова.

Когда я пишу эти строки, комета 67P – цель космического аппарата «Розетта» – находится в интересной точке своей орбиты. Она слегка позади Юпитера и идет за ним следом, приобретая небольшое ускорение, как скейтер, которого тащат на канате. Комета вновь пройдет неподалеку от нас в 2021 г., потом в 2027-м и так далее. Это орбита типична для комет семейства Юпитера, которым всегда приходится избегать планет.

Erik Asphaug, http://ssd.jpl.nasa.gov

Некоторые кометы выглядят как слоистые груды, а другие – как резиновые уточки. После пролета космического аппарата «Дип Импакт» [281]мимо кометы 9P/Темпеля, которая внешне оказалась крайне слоистой, мы с Мартином начали моделировать эти гипотетические столкновения, чтобы понять, что подразумевает такой удар в смысле физических характеристик, поддающихся замерам. Если кометезимали сливаются попарно со скоростью всего несколько метров в секунду, то их соударение происходит медленно, как пропорционально уменьшенное гигантское столкновение, и занимает часы. Хотя они движутся относительно друг друга лишь со скоростью велосипеда, импульса тут много – на велосипеде едет целая гора, – так что такого рода соударение находится за пределами возможного для любых лабораторных экспериментов и совсем вне нашего ограниченного интуитивного понимания.

Чтобы изучить эти медленные катастрофы, мы улучшали и тестировали наш программный код, включая в него пористость, сминание и трение, а потом моделировали эксперименты с оползнями, разгрузкой песка через дно и так далее. Выяснилось, что учет дробления, сминания, прочности и трения в большой мере затрудняет расчеты. Это может показаться странным, но для воспроизведения того, как ведет себя грязь, нужны суперкомпьютеры. Мы много обсуждали, как ускорить работу программы [282]; в конце концов нам понадобился перерыв.

По пятницам моя кафедра устраивает короткий семинар в обеденный перерыв [283]; в тот раз мы обсуждали форму Луны. Основные факты известны всем: Луна слегка продолговата, вытянута в направлении от Земли и так далее. Но она слишком продолговата, чтобы это можно было списать на сегодняшние приливные силы. Кроме того, согласно гравитационным моделям, лунная кора, состоящая из горных пород, которые имеют плотность на 20 % меньшую, чем мантия, должна образовывать слой одинаковой толщины (до 70 км) как на обратной, так и на обращенной к Земле стороне. На семинаре рассматривалась гипотеза [284], что свою вытянутую форму Луна получила 4,4 млрд лет назад, когда она обращалась гораздо ближе к Земле и намного быстрее вращалась вокруг своей оси. Если не принимать во внимание динамику (эту модель очень трудно, практически невозможно, заставить работать), фактические параметры вздутия на обратной стороне Луны, как выясняется, хорошо согласуются с такими теоретическими предсказаниями. Но я задался вопросом: разве быстрое вращение вблизи от Земли не создало бы одинаковые приливные бугры в обоих полушариях? Что же тогда произошло с видимой стороной?