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

Ветвящаяся структура планетной аккреции напоминает дерево. Самые маленькие планетезимали – это листья, а более крупные, состоящие из тех, – черенки. Планетные эмбрионы размером с Тейю – это ветви, ведущие к стволу, то есть к планете. Вместо того чтобы рассматривать в деталях конкретные траектории, которые привели нас к нынешнему положению вещей, давайте подумаем о более общих вопросах и прибегнем для этого к дальнейшим аналогиям.

Как бы ни происходила их аккреция, крупные планетные тела менее подвержены катастрофическому разрушению, чем мелкие; это интуитивно понятно. Их гравитация куда выше, и у них куда больше масса, которую нужно отбить. Моделирование последовательности столкновений показывает, что астероиды крупнее примерно 200 км в диаметре, видимо, представляют собой относительно неповрежденные продукты процесса планетообразования: они настолько массивны, что столкновения, энергии которых будет достаточно, чтобы их разрушить, маловероятны. Крупные астероиды, такие как Психея, которую в 2026 г. должен посетить одноименный космический аппарат NASA, застыли во времени и в этом отношении напоминают Луну – это объекты, на которые в течение миллиардов лет обрушивается град небесных тел, но ни одно из них не велико настолько, чтобы полностью их разрушить.

Согласно расчетам, астероиды диаметром менее 100 км, напротив, с огромной вероятностью подвергаются катастрофическому разрушению в результате столкновения. На раннем этапе их было так много, что столкновения с ними происходили часто, а разрушить такие астероиды поменьше куда проще. Таким образом, тут существует переломный момент, определяемый тем, как далеко тело продвинулось в процессе планетообразования: в зависимости от своего размера оно склонно либо становиться больше, добиваясь дальнейшего успеха, либо становиться меньше, подвергаясь эрозии и разлетаясь на части. В наше время Главный пояс астероидов медленно сходит на нет, столкновение за столкновением, но 4,56 млрд лет назад в этом же районе мелкие тела непрерывно росли, поглощая друг друга.

Что касается астероидов диаметром менее 100 км, они считаются результатом ударного измельчения – процесса образования бесчисленных десятиметровых тел, миллиардов стометровых и миллионов километровых в ходе разрушения горных пород. Эту ситуацию можно смоделировать экспериментально, если поместить в дробилку крупные камни и включить ее. Сначала образуется масса пыли – это разрушаются самые мягкие из камней. В конечном итоге пылью станет все, но на промежуточном этапе основная часть материала окажется сосредоточенной в нескольких крупных фрагментах. Сегодня планеты отошли в сторону – «дробилка» работает с куда меньшей мощностью, – и масса Главного пояса сосредоточена в основном в нескольких крупных астероидах, а более мелкие тела медленно разрушают друг друга.

Половина массы сегодняшних астероидов приходится на четыре тела, которые иногда еще называют карликовыми планетами. Это Веста, Церера, Паллада и Гигея [309], каждая диаметром от 400 до 1000 км. Это не особенно удивительно: скажем, половина суммарной массы землеподобных планет приходится на одно тело – Землю. Как мы уже видели, аккреция создает распределение масс с сильным сдвигом в верхнюю часть диапазона. Веста, Церера и прочие тяжеловесы, как я полагаю, являются первоначальными продуктами аккреции или их непосредственными остатками. Дальше идут десятки астероидов диаметром в несколько сотен километров (некоторые из них могут быть первичными), сотни тел вполовину меньше и так далее. Распределение размеров представляет собой геометрическую прогрессию, где на каждый астероид приходится несколько более мелких, примерно в одну десятую от его массы [310]. Это похоже на то, что происходит с глиняной мишенью для стрельбы: при попадании пули она распадается на несколько узнаваемых кусков, которые можно собрать воедино (в нашем случае это соответствует семейству астероидов), десяток осколков, сотни кусочков, тысячи крошек и, наконец, пыль.

Этой иерархии дробления может соответствовать иерархия поверхностных и околоповерхностных зон, меняющихся в результате взаимодействия со всеми этими притягивающимися друг к другу обломками. Выше всего находится оптическая поверхность – наружный микрон толщины, отражающий и преломляющий солнечный свет в объектив камеры. Именно его показывает нам фотография. Но о том, что находится под этим микронным слоем, камера не знает ничего. Далее следует термическая поверхность – зона, в которой ощущается присутствие солнечного тепла. Она простирается вглубь на сантиметр, если брать масштаб дней, и на несколько метров – в масштабе лет. Под годовым термическим слоем мы устраиваем погреба для картошки и винные подвалы, а под дневным термическим слоем вы прячете на пляже пальцы ног, чтобы отдохнуть от раскаленного песка.