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

Аналогия с Годзиллой учит нас, что более крупные кратеры формируются медленнее, чем мелкие, и это логично. Масштабируя по времени, мы видим, что крупному астероиду, движущемуся с обычной для Солнечной системы скоростью около 10 км/с, потребуется несколько секунд, чтобы пронзить лунную кору. По эмпирическому правилу он проникает на глубину, вдвое превышающую его диаметр, а потом останавливается. Энергия летящего с большой скоростью тела переходит в ударные волны, вызывающие взрыв, от которого остается воронка; на самом деле удар астероида почти неотличим от взрыва подземного заряда той же мощности на той же глубине. Интенсивный процесс порожденного соударением взрыва масштабируется иначе, чем физические процессы, определяющие окончательный размер кратера, что приводит к любопытному результату: чем больше кратер, тем больше доля ударного (импактного) расплава в окончательной впадине. Вдобавок самые крупные кратеры пробивают кору до мантии, которая заполняет их пробкой из горячего вещества – этот процесс считается движущей силой гидротермальной активности, первоначально имевшей место на Марсе.

В случае с гигантскими структурами вроде Моря Дождей, целые горные цепи могли опрокинуться вверх дном и оказаться похороненными под массами нижней коры и верхнего слоя мантии. Все, что находилось около поверхности и близко к месту удара, улетает в космос, превращенное в порошок, пар или расплав. Первоначальная воронка, образованная расширяющейся ударной волной, недолговечна, так как прочность коры для этого не достаточна. Она проваливается, и внутрь прорывается мантия. Десятки часов вся Луна сотрясается с огромной силой. Обрушение в середине кратера начинается уже тогда, когда его внешняя часть еще продолжает разрастаться, так что он напоминает скорее волну, а не кратер, колеблясь, как круги на воде вокруг брошенного в пруд камня.

В случае кратеров с диаметром свыше нескольких сотен километров уже никак нельзя приближенно считать, что Луна плоская. Бассейн Южный полюс – Эйткен и Океан Бурь – гигантские структуры, каждая из которых покрывает четверть площади Луны. Кривизна лунной поверхности имеет тут значение, как и граница между корой и мантией, и тот факт, что направление «вниз» будет очень разным на разных сторонах кратера. Для таких крупных событий масштабирование кратеров становится весьма затруднительным, поэтому нам остается лишь полагаться на моделирование с помощью гидрокода, который учитывает геометрию шарообразной планеты посреди космоса.

Гигантские столкновения – еще более сложный случай. У такого события нет центра, и не существует лаборатории, где мы могли бы воспроизвести его в меньшем масштабе. Тем не менее мы можем сделать некоторые приблизительные расчеты. Гигантские столкновения планет, захваченных взаимной гравитацией, случаются примерно на скорости убегания двух соударяющихся тел. Это та скорость (она же – вторая космическая), с которой одно тело падало бы на другое в идеальной ситуации, когда они являются единственными объектами во Вселенной: 11,2 км/с для Земли и 2,4 км/с для Луны. Соответственно, при масштабировании такие столкновения можно считать «самыми медленными»: если летящее тело и его мишень сравнимы по размерам и взаимодействуют примерно со своей скоростью убегания, то только для того, чтобы завершился физический контакт, потребуется целый час. После этого столкновение развивается в течение многих дней, представляя собой гравитационное и механическое взаимодействие двух тел, у которых сливаются или пытаются слиться ядра. Такие явления мы можем изучать только с помощью трехмерного компьютерного моделирования, которое учитывает взаимное гравитационное взаимодействие всех компонентов системы, а также все остальные физические аспекты ударного кратерообразования. Картина начинает напоминать взаимовлияние галактик, и в самом деле, для этих двух типов моделирования используются одни и те же гидрокоды.

Один аспект физики столкновений достаточно прост. Если вы хотите срастить две планеты в одну, вам нужно объединить и их импульсы – это закон Ньютона. Когда вы стреляете в лежащий на столе деревянный брусок, он поглощает импульс пули и улетает со стола со скоростью, равной скорости пули, деленной на относительную массу бруска. То же самое происходит и с вращательным движением. Представьте, что астронавт парит в безвоздушном пространстве и хватает вращающуюся коробку с инструментами. В итоге он тоже начнет вращаться, но более медленно, пропорционально своему более значительному моменту инерции [148]. Если коробка вращается слишком быстро или слишком тяжела, астронавт не сможет ее удержать.