Откуда взялась Луна?

Когда будут успешно налажены добыча и использование ресурсов, обнаруженных на поверхности Луны, мы неизбежно устремим свой взгляд к богатствам, скрывающимся под этой поверхностью. Их открытие изменит экономический ландшафт, как изменило его случайное и неожиданное открытие на Земле нефти. Но что представляют собой недра Луны? Чтобы ответить на этот вопрос, придется задуматься над тем, откуда она вообще взялась.

Над происхождением спутника нашей планеты человечество ломает голову уже не одну тысячу лет. Поскольку Луна — королева ночи, ее часто связывали с тьмой или безумием. С Луной же связано и слово «лунатик».

Древних моряков поражала и завораживала связь между Луной, приливами и Солнцем. Еще в незапамятные времена люди поняли, что между этими тремя явлениями существует тесная корреляция.

Древние обратили внимание и на другой любопытный факт: всегда и везде мы видим лишь одну сторону Луны. Припомните случаи, когда вам приходилось внимательно вглядываться в Луну, и поймете, что вы всегда видели одну и ту же картину.

Детали этой головоломки сложил в понятную картину Исаак Ньютон. Он рассчитал, что приливы вызываются гравитационным действием Луны и Солнца на земные океаны. Согласно его теории, Земля тоже вызывает на Луне приливные эффекты, но, поскольку Луна каменная и океанов на ней нет, Земля ее, по существу, просто сдавливает, и эта сдавливающая сила создает на ней небольшое вздутие. Когда-то Луна кувыркалась, обращаясь по орбите вокруг Земли. Однако постепенно эти кувырки замедлились, и в конечном итоге вращение Луны оказалось замкнуто на Землю, так что теперь на нас смотрит всегда одна и та же сторона нашего спутника. Это явление называется приливным захватом и наблюдается всюду в Солнечной системе, в том числе у лун Юпитера и Сатурна.

Воспользовавшись законами Ньютона, можно определить также, что в результате действия приливных сил Луна медленно по спирали удаляется от Земли. Радиус ее орбиты каждый год увеличивается примерно на 4 см. Это можно измерить при помощи лазерного луча: луч направляют на Луну (астронавты во время экспедиции оставили там зеркала, которые помогают проводить подобные эксперименты), принимают его отражение, а затем рассчитывают, сколько времени потребовалось лучу, чтобы отразиться от Луны и вернуться обратно. Путешествие света туда и обратно длится всего около 2 с, но этот интервал постепенно увеличивается. Если Луна уходит от нас по спирали, то мы можем, прокрутив видеозапись задом наперед, оценить ее прошлую орбиту.

Приблизительный расчет показывает, что Луна отделилась от Земли несколько миллиардов лет назад. А современные данные указывают, что 4,5 млрд лет назад, вскоре после того как Земля была сформирована, произошло катастрофическое столкновение Земли с крупным планетоидом. Этот планетоид — мы называем его Тейя — по размеру примерно соответствовал Марсу. Компьютерные модели позволили нам взглянуть на происходившие тогда драматические события. Взрыв выбил из Земли громадный кусок и вытолкнул его в космос. Но, поскольку столкновение произошло скорее по касательной, нежели лоб в лоб, оно почти не затронуло внутреннее железное ядро Земли. В результате Луна, хотя и содержит железо в некоторых количествах, не обладает существенным магнитным полем, так как не имеет расплавленного железного ядра.

После столкновения из нашей планеты, как из огромного пирога, был вырезан целый кусок. Но под воздействием стягивающей природы гравитации со временем Луна и Земля вновь приняли форму шара.

Астронавты доставили на Землю наглядные свидетельства в пользу теории столкновения — 382 кг лунного грунта. При этом обнаружилось, что Луна и Земля состоят из почти одинакового набора химических элементов, включая кремний, кислород и железо. А вот анализ случайных камней из пояса астероидов показывает, что их состав сильно отличается от состава земных пород.

Мне приходилось видеть лунный грунт в студенческие годы в Радиационной лаборатории в Беркли. Рассматривая его под мощным микроскопом, я был глубоко впечатлен. Там были видны крохотные кратеры, вызванные ударами микрометеоритов, которые столкнулись с Луной миллионы лет назад. Приглядевшись внимательнее, я увидел внутри этих кратеров еще более мелкие кратеры. И еще более мелкие кратеры внутри тех кратеров. Такая цепочка кратеров внутри кратеров невозможна в земных камнях, поскольку микрометеориты успевают испариться в атмосфере и не достигают поверхности Земли. Но лунную поверхность они бомбардируют непрерывно, ведь на Луне атмосферы нет. (Это означает также, что для астронавтов на Луне микрометеориты могут стать серьезной проблемой.)

Поскольку горные породы Луны так близки по составу к породам Земли, может оказаться, что добывать что-либо из глубин Луны имеет смысл только в том случае, если вы задумали строить на Луне города. Если Луна может предложить нам только то, что есть и на Земле, то доставлять полезные ископаемые на Землю, вероятно, будет слишком дорого. Но лунные материалы могут очень пригодиться нам на месте для создания лунной инфраструктуры — строительства зданий, дорог и скоростных трасс.