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

Гигантские столкновения происходят, когда на пересекающихся орбитах оказываются полноразмерные планеты. Аккреция нескольких десятков олигархов – стандартная модель – требует примерно сотни гигантских столкновений. Мы знаем, что они завершились примерно за 100 млн лет и формирование Луны стало одним из последних. Поскольку для того, чтобы оставшиеся после гигантского соударения крупные осколки покинули внутреннюю Солнечную систему, требуется примерно миллион лет, околоземное пространство постоянно было заполнено бесчисленными объектами, следующими по всевозможным орбитам, многие из которых были крупнее Весты и Цереры. Это были разнообразные фрагменты разрозненных частей планетных тел – иногда мантии, иногда ядра, иногда коры. Они ударяли другие планеты и, в свою очередь, вызывали колоссальные столкновения, приводящие к обновлению поверхности. Поздняя стадия планетообразования, когда олигархи сталкиваются и сливаются, переходит в этап позднего покрытия – когда получившиеся тела формируют свой наружный слой.

В активной молодой планетной системе близкое прохождение может перевести две планеты на пересекающиеся орбиты и в конце концов закончиться гигантским столкновением. Новое динамическое состояние – вместо двух тел одно плюс масса осколков – запускает дальнейшие изменения и столкновения. В зависимости от того, насколько хрупким было начальное равновесие, сложная система планет может претерпеть динамическую катастрофу, став ареной неуправляемых столкновений до тех пор, пока не найдет новое стабильное состояние. Этот сценарий мы с Андреасом Рейфером и имели в виду, говоря об описанном выше позднем происхождении системы Сатурна.

Также выдвигалось предположение, что землеподобные планеты – это второе поколение планет: до этого, возможно всего на протяжении какого-то миллиона лет, существовала первоначальная система, напоминавшая большинство обнаруженных нами на сегодня планетных систем. В почти всех из них имеются нептуны и суперземли, которые кажутся самыми распространенными из планет, а сами системы выглядят более плотно упакованными, чем наша, и с планетами ближе к звезде. Если первоначальная система внутри орбиты Юпитера была каким-то образом дестабилизирована[239], тогда после первого столкновения случилась либо битва титанов в эпоху гигантов, либо рыскание в колонне большегрузов при сильном ветре. Если соударения происходили там, где еще имелся массивный газовый диск, тогда более крупные планеты должно было затащить вглубь Солнца, что согласуется с относительной пустотой внутри орбиты Венеры, где есть только странный маленький Меркурий, и больше ничего. Если попробовать оценить длительность этого процесса, то до дестабилизации первоначальной системы могло пройти миллион лет, а еще десять миллионов ушло на то, чтобы ее оставшиеся фрагменты пришли в равновесие, оставив после себя привычную нам Солнечную систему, как из куколки возникает бабочка или как феникс восстает из пепла.

Именно такие размышления, не подкрепленные какими-либо данными и полагающиеся только на модели и предположения, и заставляют нас более внимательно взглянуть на Луну, тело, которое, мы знаем, возникло в результате гигантского столкновения и является единственным надежным свидетелем того, что произошло дальше.

* * *

Представляя себе гигантское столкновение, вам следует замедлить его в миллион раз. Это не прямое попадание ракеты, а, скорее, катастрофа дирижабля «Гинденбург». Хотя соударение происходит на гиперзвуковой скорости (обычно десять или более километров в секунду), для двух планет диаметром от 3000 до 10 000 км оно все равно занимает больше часа. Гигантское столкновение больше похоже на попытку планет пройти одна сквозь другую; если им это не удается, их ядра начинают деформироваться в единое целое, а получившийся в результате более крупный объект забирает все что может. Тут возникает такая величина, как «эффективность аккреции»: она равна 1, если тела полностью слились; 0,5, если более крупное тело захватило половину малого; и 0, если произошло «столкновение с оставлением места происшествия», когда никакой массы не прибавляется (хотя может произойти обмен масс). Таким образом, этот параметр описывает исход гигантского столкновения.

Процесс в действительности начинается за несколько часов до того, как планеты стукнутся друг о друга. Они сближаются, за час проходя расстояние, равное нескольким своим диаметрам, пока не начинают выглядеть как двойная планета, как Плутон и Харон. Они попадают под действие взаимного тяготения. За эти последние часы – если вам нужно сравнение, все происходит со скоростью лунного затмения, – меньшая из планет деформируется, так что к моменту гигантского столкновения она напоминает мяч для регби, раскрученный приобретенным моментом импульса. Скорость возрастает до суммы первоначальной относительной скорости и скорости убегания, так что типичный таран землеподобных планет происходит при примерно 1,1–1,2 скорости убегания – как говорится, на полном ходу.