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

По еще одному совпадению оценки Кельвина хорошо согласовывались с теорией лунных приливов, разработанной в 1870-х гг. Джорджем Дарвином, сыном Чарльза. В отличие от Кельвина, Дарвин был в целом прав в том, что касалось физики этого процесса, но ошибся в расчетах. В своей геологической теории, несомненно максимально смелой для той эпохи, Джордж Дарвин – яблоко от яблони падает недалеко – предположил, что Луна была исторгнута из земной мантии благодаря первоначальному быстрому вращению Земли. Это согласовывалось с полученными при его жизни данными, что плотность Луны примерно совпадает с плотностью земной мантии.

В гипотезе Дарвина, к которой мы будем возвращаться, поскольку она чрезвычайно важна для всего, что мы знаем о Луне, есть две главные составляющие. Во-первых, он предполагает, что когда-то Земля вращалась вокруг своей оси так быстро, что от нее оторвался значительный кусок, который затем каким-то образом вышел на орбиту. Во-вторых, он доказывает, что этот кусок – Луна – должен был вызывать внутри Земли гигантские приливы и что эти приливные вздутия тянули за собой Луну. Луна, уже находящаяся на расстоянии нескольких земных радиусов от Земли, под действием приливных сил удалялась бы все дальше, закручиваясь от вращения планеты и выходя, как лассо, на все более высокие орбиты. Луна, оказавшаяся на расстоянии меньше чем в несколько радиусов, согласно этой теории, упала бы обратно.

Луна.

NASA/GSFC/ASU

Временно отставив эту проблему, Дарвин рассудил, что радиус лунной орбиты содержит информацию о возрасте Луны, если мы высчитаем влияние приливной силы во времени. Он оценил, что Луне понадобилось бы 56 млн лет, чтобы быть вытянутой на свою сегодняшнюю орбиту высотой в 60 земных радиусов, хотя и оговорил в своей статье, что это скорее догадка, основанная на плохо известных параметрах. Поскольку он переоценил приливную силу, его возраст Луны оказался заниженным в десятки раз и случайно совпал с результатом Кельвина[75]. Это потрясающий пример трех согласующихся между собой научных оценок, которые были сделаны на основе совершенно независимых предположений, и все оказались неверными.

Кельвин провел почти весь остаток своей бесспорно блестящей карьеры, отбиваясь от новомодных идей. К 1920-м гг. анализ содержания свинца, который является продуктом распада радиоактивного урана, позволил оценить возраст некоторых горных пород в несколько миллиардов лет. В 1950-х с помощью виртуозных лабораторных опытов геохимик Клэр Паттерсон из Калифорнийского технологического института доказал, что в смысле механизма накопления свинца земные горные породы аналогичны некоторым примитивным метеоритам. Это подразумевает, что возраст основной массы Земли – если не обращать внимания на разнообразные последствия тектоники плит – примерно такой же, как у них. Он определил возраст Земли в 4,55 млрд лет[76], с точностью примерно в 1 %. Это значение выдержало проверку временем.

Самые древние горные породы чисто земного происхождения были обнаружены в холмах Джек-Хиллс в Западной Австралии. Они принадлежат к первому геологическому эону – катархею (гадею) – и содержат кристаллы циркона, возраст которых можно надежно определить[77] в 4,4 млрд лет. Для сравнения: самые древние материалы в самых древних метеоритах отстоят от нас на 4,5672 млрд лет, хотя четвертый знак после запятой еще вызывает сомнения. Возраст большинства метеоритов находится в пределах нескольких миллионов лет от этого значения, известного как t0 (нулевой отсчет). Сравнительно небольшие возраста можно определить путем измерения содержания короткоживущих радионуклидов, которые постоянно возникают и распадаются. Например, углерод ¹⁴C образуется в верхних слоях атмосферы из-за космической радиации и участвует во всех процессах, где задействован углерод; период его полураспада составляет примерно 6000 лет. Это изотопные часы с одним из самых коротких циклов[78].

Геологические события от архея до раннего протерозоя остаются такими же неясными, как стертые рисунки на песке. Для них почти нет хронометрических методов, которые могли бы служить надежными часами[79]. Но то, что их история не была записана, не означает, что эти миллиарды лет были скучными. Напротив, происходило очень многое: формировались континенты, началось движение тектонических плит, эволюционировала жизнь, сталкивались кометы и астероиды. Мы просто пока не можем датировать эти события. Все, что происходило тогда, миллиарды лет назад, оказалось поглощено конвейером тектоники плит и субдукции с уцелевшими тут и там фрагментами, собрать которые в мозаику – безнадежная задача. Поскольку во время катархея Земля подвергалась безжалостным бомбардировкам, кое-что из самого древнего земного вещества попало и на Луну, где мы можем его поискать.

* * *