9 февраля 1971 года экипаж "Аполлона-14" доставил на Землю один из самых известных лунных образцов — камень, прозванный "Большая Берта" и зарегистрированный в каталоге под номером 14321. Его нашли 6 февраля 1971 года во время второй внекорабельной активности у кратера Конус (англ. Cone).
"Большая Берта" — это почти 9-килограммовая брекчия: горная порода, сложенная из угловатых обломков, сцементированных вместе. Такие породы могут образовываться в результате осадочных, вулканических, тектонических или ударных процессов.
Долгое время "Большую Берту" считали просто интересным лунным образцом, но, как и многие другие находки программы "Аполлон", берегли до лучших времен — когда появятся более совершенные методы анализа, способные извлечь новые данные.
Но в 2019 году команда ученых изучила один светлый мелкозернистый фрагмент внутри "Большой Берты" и обнаружила в нем циркон, кварц и другие признаки гранитоподобной породы. Возраст циркона оценили примерно в четыре миллиарда лет, а его химический состав оказался гораздо ближе к породам, сформированным в земной коре, чем к типичным лунным образцам.
Это позволяет предположить, что "Большая Берта" может быть не просто лунным камнем, а обломком ранней Земли, выбитым в космос мощным астероидным ударом. Оказавшись на спутнике, он мог пережить новые удары, оказаться погребенным в лунной породе, а затем вновь выйти на поверхность в результате очередного ударного события — там его в итоге и нашли астронавты "Аполлона-14".
В ранней Солнечной системе разрушительные ударные события были распространенным явлением. Поэтому в межпланетном пространстве могло оказаться огромное количество фрагментов Земли, часть которых в итоге попала на Луну. А поскольку на Луне нет дождей, рек, океанов, тектоники плит и активной эрозии, она способна сохранять древние обломки нашей планеты лучше, чем сама Земля.
И тут возникает крайне интересный вопрос: если земные камни действительно попадали на Луну, могли ли вместе с ними туда попасть следы древней жизни?
Теоретически — да. Удар мог выбить с Земли не только минералы, но и органические молекулы, микроскопические включения, а если жизнь к тому времени уже существовала — возможно, и фрагменты биологического материала. Поэтому Луна может быть чем-то вроде естественного архива ранней Земли. Древние живые организмы мы там, конечно, не найдем, но теоретически можем обнаружить химические и минеральные следы древней биосферы.
И тут возникает второй, не менее интересный вопрос: можно ли найти ДНК древней жизни на Луне и воскресить ее?
Это маловероятно. ДНК — молекула очень хрупкая. В земных "тепличных" условиях ДНК достаточно быстро — в геологических масштабах — распадается, а самые древние надежно прочитанные образцы измеряются миллионами лет, но никак не миллиардами.
Лунная поверхность, которая по сей день подвержена постоянным ударным воздействиям, тоже не похожа на идеальное хранилище для генетического кода. Там вакуум, жесткая радиация и резкие перепады температур. Эксперименты показывают, что некоторые микроорганизмы и отдельные клетки могут переживать космическую среду в течение нескольких лет, особенно если надежно защищены с помощью современных материалов. Но это, определенно, не те временные рамки, о которых идет речь.
Так что интрига не в том, что на Луне можно найти сохранившуюся ДНК древнего земного обитателя и воскресить его, а в том, что на нашем естественном спутнике могут храниться многочисленные разновозрастные обломки Земли из эпох, от которых на самой Земле не осталось ни следа. В них могут сохраниться минералы, изотопные следы, органика и химические признаки условий, в которых зарождалась и эволюционировала земная жизнь.
Хотите больше науки в вашей жизни? Тогда приглашаю вас в мои каналы — новый материал выходит каждые четыре часа:
История появления Луны началась примерно 4,5 миллиарда лет назад, когда молодая Земля (протоземля) столкнулась с небесным телом размером примерно с Марс, которое условно называют Тейей. Это событие было настолько разрушительным, что часть земной мантии и фрагменты разрушенной Тейи оказались выброшены на орбиту. Этот материал сформировал вокруг планеты раскаленный диск из обломков и расплавленного вещества.
Из этого диска довольно быстро — по некоторым моделям за считаные часы, по другим оценкам за тысячи или десятки тысяч лет — аккрецировала Луна. В любом случае по астрономическим меркам это произошло мгновенно.
Сразу после формирования Луна находилась на расстоянии примерно 20–25 тысяч километров от Земли. Для сравнения: сегодня среднее расстояние между этими объектами составляет примерно 384 400 километров, и Луна продолжает от нас удаляться прямо сейчас, пока вы читаете этот текст, со скоростью 38 миллиметров в год.
Почему Луна не была ближе
Тут все очень просто: существует физическое ограничение, известное как предел Роша, — минимальное расстояние, на котором крупное тело способно существовать без риска быть разорванным приливными силами более массивного соседа. Для системы Земля — Луна этот предел составляет от 9 500 до 18 000 километров в зависимости от плотности тела.
Формирующаяся Луна на самой ранней стадии представляла собой рыхлую, полурасплавленную массу, аккрецирующую из диска обломков. У нее не было структурной прочности, которая позволила бы удержаться от разрыва на расстоянии в 9 500 километров. Для устойчивого формирования ей необходимо было находиться дальше "жидкого" предела Роша, то есть дальше 18 000 километров, — чтобы одной только собственной гравитации хватило для победы над приливными силами со стороны Земли, которые в противном случае разорвали бы любые формирующиеся сгустки материи на части.
И вот тут моделирование дает оценку в 20–25 тысяч километров от нашей планеты. Именно с этой точки Луна начала свое существование, и стартовал ее долгий путь отдаления от Земли.
Почему Луна удаляется от Земли
В процессе вращения вокруг общего центра масс Луна создает на Земле приливные горбы — возвышения океанической воды и деформации твердой коры, вызванные ее притяжением. Но из-за того, что Земля вращается быстрее (один оборот вокруг своей оси за 24 часа), чем Луна обращается вокруг нее (один оборот примерно за 27,3 дня), эти горбы оказываются немного смещены вперед относительно самой Луны.
Эта, казалось бы, незначительная асимметрия обеспечивает приливное ускорение, которое слегка подталкивает Луну вперед по орбите, одновременно замедляя вращение Земли. Ускоряясь, Луна по законам орбитальной механики поднимается на все более высокую орбиту.
Сегодня этот процесс идет со скоростью 38 миллиметров в год. Цифра настолько точная благодаря отражателям, которые в рамках программы NASA "Аполлон" были оставлены на лунной поверхности. Ученые регулярно посылают к ним лазерные импульсы и измеряют время возврата сигнала. Зная скорость света и время, за которое был пройден путь, можно с легкостью рассчитать расстояние — с точностью до миллиметров.
Стоит отметить, что скорость удаления не была постоянной на протяжении миллиардов лет. Она сильно зависит от конфигурации континентов на Земле, потому что интенсивность приливного трения определяется формой и размерами океанических бассейнов. Были эпохи, когда Луна удалялась значительно медленнее, чем сейчас, и периоды более резкого дрейфа.
Короткие сутки древней Земли
Обратная сторона удаления Луны — замедление вращения Земли, поскольку именно оно питает энергией весь процесс. Когда Луна только сформировалась, продолжительность земных суток составляла всего 5–6 часов.
По мере того как Луна отдалялась, "воруя" угловой момент у Земли, сутки постепенно растягивались — до современных 24 часов, и процесс продолжается, просто крайне медленно: каждое столетие прибавляется около 1,7 миллисекунды. Для сравнения: когда на Земле доминировали динозавры, продолжительность суток составляла 23–23,5 часа.
Гигант на небосводе
Новорожденная Луна была в 15–20 раз ближе к Земле, чем сегодня, а значит, и ее видимый диаметр был тоже в 15–20 раз больше, чем у привычного нам диска. То есть в небе висел исполинский шар, закрывающий значительную часть небосвода и днем, и ночью.
Из-за столь малой дистанции приливные силы были на порядки мощнее нынешних. Океанские приливы представляли собой волны высотой в сотни метров, а земная кора испытывала чудовищные деформации: тут и там появлялись временные горы и разломы.
Как все это узнали?
Разумеется, у нас нет фотографий той эпохи, но имеется не менее ценный источник информации — так называемые приливные ритмиты: осадочные породы с тонкой слоистостью, формирующиеся в приливных зонах. Они естественным образом задокументировали цикличность приливов прошлого. Изучая толщину и структуру этих слоев в древних породах, геологи реконструируют, как менялись длина земных суток и лунная орбита на протяжении миллиардов лет истории планеты.
Комбинируя эти геологические данные с современными лазерными измерениями и физическими моделями приливного взаимодействия, можно с уверенностью говорить о том, насколько близко находилась Луна в момент своего рождения и насколько другой была Земля в начале своей истории.
На обратной стороне Луны есть место, представляющее собой след одной из самых мощных катастроф в истории Солнечной системы. Речь о бассейне Южный полюс — Эйткен, огромной ударной структуре с диаметром около 2 500 километров.
Проще говоря, бассейн является продуктом столкновения Луны с крупным небесным телом. Но самое интересное — не поверхностный "шрам", а то, что скрыто под ним.
В 2019 году под бассейном Южный полюс — Эйткен была выявлена огромная массовая аномалия. То есть участок недр, где вещества больше или оно плотнее, чем в среднем по земному спутнику.
Открытие было сделано на основе данных миссии NASA GRAIL, в ходе которой два аппарата летали вокруг Луны один за другим и с беспрецедентной точностью измеряли расстояние между собой. Когда они проходили над областью с чуть более сильным притяжением, их движение менялось, и по этим крошечным отклонениям ученые составили гравитационную карту Луны.
Но чтобы карта была максимально достоверной, одной гравитации мало. Нужно еще учитывать рельеф: где горы и где впадины, где толстая, а где тонкая кора. Поэтому данные GRAIL были сопоставлены с топографическими данными Луны, собранными орбитальным аппаратом NASA Lunar Reconnaissance Orbiter. И вот тут появилась странность: под гигантским бассейном скрывается огромная масса, которую нельзя объяснить только формой поверхности.
Оценка получилась впечатляющей: минимум около 2,18 × 10^18 килограмма. Это в несколько раз больше массы крупнейшего острова Гавайского архипелага. То есть перед нами масса планетарного масштаба, сосредоточенная в локальной структуре и, судя по моделям, находящаяся на глубине более 300 километров.
Одно из самых интригующих и при этом наиболее аргументированных объяснний гласит, что под обратной стороной Луны находится металлическое вещество древнего ударника — того самого тела, которое миллиарды лет назад врезалось в Луну и сформировало бассейн Южный полюс — Эйткен.
Если ударник был богат металлом, то часть его плотного вещества могла не испариться и не разлететься на мелкие фрагменты, а уйти глубоко в лунную мантию. По сути, внутри Луны может находиться остаток небесного тела.
Но это не значит, что под бассейном Южный полюс — Эйткен покоится цельная металлическая глыба, которую можно просто выкопать. После такого столкновения вещество ударника и лунные породы должны были расплавиться, перемешаться и частично уйти в глубину.
Есть и другая версия.
Массовая аномалия может оказаться не остатком ударного тела, а плотными породами и оксидами, связанными с эволюцией самой Луны. На заре Солнечной системы, когда молодой спутник Земли был горячим и частично расплавленным, его внутренние слои постепенно разделялись по плотности. Более тяжелые вещества погружались в недра — поэтому у планет и формируются металлические ядра. Но так как Луна остывала быстрее, избыточная масса могла застрять на пути к центру.
Именно поэтому находка так интересна. Она не дает простого ответа, но в очередной раз напоминает, что ближайшее к нам небесное тело хранит загадки, над решением которых будет биться еще не одно поколение ученых.
Наука — это увлекательнейшее путешествие из пункта "вопрос" в пункт "ответ".
В апреле 2000 года два шахтера горнодобывающей и металлургической компании Peñoles — братья Хуан и Педро Санчес — бурили новый туннель на глубине около 300 метров под мексиканской пустыней Чиуауа.
Внезапно бур пробил стену, за которой оказалась просторная полость. Внутри, при температуре 58 °C и влажности воздуха под 100%, росли гигантские кристаллы — зрелище, поразившее даже видавших виды горняков.
Эти образования, о которых пойдет речь в статье, признаны крупнейшими природными кристаллами из когда-либо обнаруженных на Земле.
Параметры
Самый крупный из задокументированных кристаллов имеет длину 11,4 метра, диаметр около одного метра и вес примерно 55 тонн. Все кристаллы в этой пещере состоят из селенита — полупрозрачной разновидности гипса с характерным молочным оттенком. Форма — идеальные шестигранные призмы с острыми гранями.
Полость с кристаллами-гигантами, получившая название "Пещера кристаллов" (исп. Cueva de los Cristales), располагается в руднике Найка на территории мексиканского штата Чиуауа. До этого открытия рекорд принадлежал "Пещере мечей" (исп. Cueva de las Espadas) в том же штате. Она находится на глубине около 120 метров, а ее открытие состоялось в 1910 году. Длина обнаруженных там экземпляров варьируется от одного до двух метров.
Формирование
Под пещерой находится магматический очаг — остывающее тело расплавленной породы, которое нагревало подповерхностные воды, насыщенные ангидритом (безводной формой гипса), до высоких температур. Эта вода постепенно заполняла подземные полости, и около 600 000 лет назад ее температура стабилизировалась в диапазоне 58 °C.
Это критическое значение: выше этой температуры ангидрит растворяется, а ниже — образуется селенит. И вот раствор начал медленно остывать, что запустило механизм роста кристаллов со скоростью около 0,001 миллиметра в год. Изотопный анализ показал, что возраст находок в "Пещере кристаллов" составляет от полумиллиона до миллиона лет.
Примечательно, что в 1985 году компания Peñoles начала откачивать грунтовые воды из шахты. Уровень воды упал, пещеры осушились, и рост кристаллов остановился — но, как вы узнаете дальше, лишь на время.
Адские условия и находки
Температура в пещере составляет 58 °C, но в некоторых участках достигает 60 °C. Влажность — 90–100%. При такой комбинации факторов человеческий организм теряет способность охлаждаться через испарение пота. Без защитного костюма человек может находиться внутри не более десяти минут: затем наступает тепловой удар, потеря сознания и вечный покой.
Исследователи, работавшие в "Пещере кристаллов", использовали костюмы с ледяными жилетами и автономными системами охлаждения. Но даже в этом случае пребывание ограничивалось 30–40 минутами.
С 2000 по 2017 год пещеру посетили несколько международных научных экспедиций. Химический анализ показал высокую чистоту селенита и минимальное содержание примесей. Была подтверждена датировка кристаллов.
В жидких включениях внутри кристаллов были обнаружены живые микроорганизмы возрастом около 60 000 лет, захваченные растущими кристаллами из первичного раствора. Они находились в состоянии анабиоза, но, оказавшись в лабораторных условиях, пробудились и начали стремительно размножаться. Это открытие, важное для астробиологии, расширило научные представления о границах существования жизни в экстремальных условиях.
Текущий статус
В 2015 году компания Peñoles прекратила откачку воды из шахты, так как добыча руды стала нерентабельной. Из-за этого подповерхностные воды начали возвращаться и заполнять полости. В 2017 году "Пещера кристаллов" оказалась полностью затоплена, а ее уникальное содержимое вновь погрузилось в горячий минеральный раствор. Таким образом, теоретически возможно возобновление роста кристаллов.
Сегодня доступ к пещере закрыт, и нет планов по превращению ее в туристический объект. Однако сохранились фотографии, видеоматериалы, научные данные и несколько небольших образцов для музеев.
Речь идет о Тейе — гипотетической протопланете размером примерно с Марс. Согласно общепринятой версии, около 4,5 миллиарда лет назад она столкнулась с протоземлей — Землей на очень ранней стадии развития. Удар был настолько мощным, что часть вещества оказалась выброшена на орбиту, а затем из этих обломков сформировалась Луна.
Но возникает важный вопрос: если Тейя действительно столкнулась с Землей, куда делась основная часть ее вещества? В конце концов, Луна почти вдвое меньше Марса.
Две гигантские аномалии в глубине Земли
Геофизики давно знают, что в нижней мантии Земли есть две огромные аномальные области. Одна находится под Африкой, другая — под Тихим океаном. Их называют крупными областями с низкой скоростью сдвиговых волн — LLSVP (от англ. Large Low-Shear-Velocity Provinces).
LLSVP представляют собой гигантские скопления вещества у границы внешнего ядра и мантии, залегающие на глубине около 2 900 километров под поверхностью. Через эти области сейсмические волны проходят заметно медленнее, чем через окружающую мантию, поэтому ученые видят их косвенно — по данным землетрясений.
Поскольку сейсмографы размещены в разных уголках планеты и работают непрерывно, накопленные данные позволяют визуализировать то, что скрыто от прямого наблюдения, — этакий "рентген" планетарного масштаба. По оценкам, общий объем LLSVP составляет около 6% от объема всей Земли.
Следы Тейи под нашими ногами
В 2023 году международная команда исследователей предложила любопытное объяснение: эти глубинные аномалии могут быть остатками вещества Тейи — той самой протопланеты, столкновение с которой привело к формированию Луны.
Моделирование показало: если мантия Тейи была немного плотнее мантии протоземли и богаче железом, часть ее вещества после столкновения могла не перемешаться полностью с земной мантией. Вместо этого она погрузилась глубже и со временем оказалась у границы ядра и мантии — там, где сегодня находятся LLSVP. Авторы исследования прямо называют эти структуры возможными "погребенными реликтами" вещества Тейи, сохранившимися после гигантского удара.
Эта гипотеза прекрасна тем, что связывает сразу две загадки: происхождение Луны и существование гигантских структур в недрах Земли. Если она подтвердится, наш естественный спутник окажется не единственным следом древнего столкновения. Второй след может находиться глубоко под нашими ногами.
Уже предвижу диванно-экспертную реакцию в духе: "Есть только Кольская сверхглубокая скважина", "никто не знает, что глубже 12 километров", "все это просто догадки", "никто этого своими глазами не видел" и так далее.
Но для того, чтобы обнаружить заболевание внутренних органов, человека не вскрывают на операционном столе в рамках диагностики. Врачи используют УЗИ, МРТ, КТ, анализы и другие методы, позволяющие увидеть то, что скрыто внутри тела. Исследование недр Земли с помощью современной сейсмологии, геодинамического моделирования и сравнительного анализа работает похожим образом — только в планетарном масштабе.
Существование LLSVP — факт. А вот их происхождение — не доказанная истина, а сильная научная модель.
Если авторы исследования правы, наша планета окажется не просто телом, пережившим древнее столкновение, а миром, внутри которого до сих пор хранятся фрагменты погибшей протопланеты.
И если однажды у нас появятся технологии для получения образцов этих фрагментов, мы сможем лучше понять не только процесс формирования Луны, но и то, как гигантские столкновения влияли на внутреннее строение планет Солнечной системы, определяя их дальнейший эволюционный путь.
Возможно, именно такие события, которые сегодня мы бы сочли катастрофическими, играли важную роль в создании обитаемых миров, обеспечивая их колоссальным запасом энергии.
Готовясь к этой статье, я задал сотне случайных людей, казалось бы, простой вопрос: "Кто доказал, что Земля круглая?" Большинство уверенно отвечали: Колумб или Магеллан. Некоторые, особенно моложе тридцати, вспоминали школьные рассказы о смелом мореплавателе Христофоре Колумбе, который будто бы бросил вызов невежественным современникам и всему мрачному Средневековью, отплыв за горизонт и доказав, что Земля — не плоский диск.
Конечно, встречались и те, кто заявлял, что "никто не знает, какая она на самом деле", потому что "небесная твердь", "космоса не существует" и вообще "нам не говорят всю правду, потому что мы — люди маленькие".
После всех этих ответов я окончательно убедился, что выбрал правильную тему.
Я представляю вашему вниманию увлекательную историю о том, как античные мыслители, за две тысячи лет до Колумба, узнали, что Земля имеет форму шара. Более того, они даже смогли вычислить ее размер с поразительной для своего времени точностью. И все это без телескопов и спутников!
Это история о триумфе человеческого гения.
Откуда взялась легенда о "плоском Средневековье"
Представление о том, что до великих географических открытий люди считали Землю плоской, появилось не в Средние века, а гораздо позже. Главным популяризатором этого мифа стал "отец американской литературы" Вашингтон Ирвинг. В 1828 году он опубликовал мифологизированную биографию Колумба, в которой красочно описал, как невежественные современники, подначиваемые священниками, высмеивали идею шарообразной Земли, а храбрый мореплаватель героически им противостоял.
Я не случайно назвал эту работу Ирвинга, получившую название "История жизни и путешествий Христофора Колумба", мифологизированной. Перед нами не глубокое историческое исследование, а художественное произведение. Он придумал драматический конфликт, которому нет никакого подтверждения. На самом деле у образованных европейцев XV века не было никаких сомнений, что они живут на шаре. И интеллектуальная элита спорила с Колумбом о размерах этого шара и о практической осуществимости экспедиции.
Древние греки знали все за две тысячи лет до Колумба
История понимания формы Земли уходит корнями в глубокую древность. Первые мыслители действительно представляли планету плоской. Например, Фалес Милетский в VI веке до н. э. считал, что Земля — плоский диск, плавающий в бесконечном океане. Анаксимандр и вовсе представлял ее цилиндром*, на верхнем торце которого живут люди.
*Почему именно цилиндром? Полагаю, это связано с объединением двух идей: плоский мир людей и огромное, неизведанное и многоуровневое подземное царство Аида.
Но уже Пифагор, живший примерно в 570–490 годах до н. э., предположил, что Земля имеет форму шара. Эта идея была основана на том, что древние греки считали сферу совершенной геометрической фигурой — достойной столь важного космического тела как Земля (антропоцентризм во все времена зашкаливал). Примечательно, что это была скорее философская концепция, чем научный вывод. Тем не менее Пифагор оказался прав.
Настоящий прорыв совершил Аристотель в IV веке до н. э. Он не просто рассуждал о шарообразности Земли — он был первым, кто предоставил убедительные доказательства, которые остаются актуальными и сегодня.
Первый аргумент касался лунных затмений. Аристотель заметил, что тень Земли, падающая на Луну, всегда имеет форму дуги — независимо от того, под каким углом происходит затмение. Единственное тело, способное отбрасывать такую тень при любом положении источника света, — это шар.
Второе доказательство философ получил, наблюдая за кораблями. Когда судно уходит в море, то сначала за горизонтом скрывается корпус, затем паруса, и лишь потом исчезает верхушка мачты. Если бы Земля была плоской, то корабль бы просто становился все меньше и меньше.
Третий аргумент, который Аристотель приводит в трактате "О небе" (около 350 года до н. э.), связан со звездами. Если путешествовать на север или на юг, то можно заметить, как одни созвездия постепенно скрываются за горизонтом, а другие — наоборот, появляются. Те, что в Египте поднимаются высоко над головой, в северных странах едва видны у линии горизонта. Такое различие возможно только в том случае, если поверхность Земли искривлена.
Человек, измеривший планету палкой
Одним из главных героев этой истории является Эратосфен Киренский — древнегреческий ученый, который в 240 году до н. э. не просто подтвердил выводы Аристотеля о шарообразности Земли, но и измерил ее окружность. И сделал он это с поразительной точностью, используя лишь логику, знание геометрии и... обычную палку.
Эратосфен заведовал знаменитой Александрийской библиотекой и имел доступ к знаниям со всего античного мира. Из старинного свитка он узнал любопытный факт: в городе Сиена (нынешний Асуан) в полдень летнего солнцестояния светило занимает положение точно в зените. В этот момент тени от предметов становятся пренебрежимо малы, а солнечные лучи проникают прямо на дно глубоких колодцев. Это явление, описанное неизвестным автором, натолкнуло Эратосфена на идею измерить размеры Земли.
В тот же день ученый провел эксперимент в Александрии. Он вбил в землю вертикальный шест и заметил, что в полдень тот отбрасывает короткую тень. Измерив длину этой тени и зная высоту шеста, Эратосфен вычислил угол падения солнечных лучей — чуть больше семи градусов, что соответствует примерно одной пятидесятой окружности.
Дальше в ход пошла простая геометрия. В Сиене в полдень солнцестояния Солнце занимало положение точно над головой и не давало тени, а в Александрии в тот же момент шест отбрасывал короткую тень. Разница в наклоне солнечных лучей между двумя городами составила около семи градусов — то есть одну пятидесятую полного круга. Значит, и расстояние между Александрией и Сиеной соответствует одной пятидесятой длины земного меридиана.
По одной версии, Эратосфен поручил измерить этот путь человеку, прошедшему его пешком и считавшему шаги. По другой — использовал данные караванной торговли. Получилось около 5 000 стадиев.
Умножив 5 000 на 50, ученый получил 250 000 стадиев — примерно 40 000 километров. Сегодня мы знаем, что длина экваториальной окружности Земли составляет 40 075 километров. То есть погрешность вычислений Эратосфена составила меньше одного процента. И все это за 2 197 лет до запуска первого искусственного спутника Земли.
Что на самом деле знали в Средние века
Вопреки популярному мифу, средневековые ученые не утратили знания, унаследованные от античных коллег, и не начали считать Землю плоской. Этот миф появился в эпоху Возрождения, когда власть имущие старались во что бы то ни стало противопоставить "мрачное Средневековье" "просвещенной науке" (а в XIX веке Ирвинг раздул этот миф, о чем сказано выше). На деле же образованные люди средневековой Европы и исламского мира прекрасно знали, что Земля имеет форму шара.
Более того, еще во II веке до н. э. греческий ученый Кратет Малльский создал первый в истории глобус. Средневековые картографы, опираясь на достижение своего предшественника, тоже изготавливали сферические модели Земли. То есть без принятия шарообразной формы планеты это было бы совершенно лишено смысла.
Важно отметить, что церковь не только не преследовала ученых за идею шарообразной Земли, но и принимала ее как факт. Например, святой Амвросий Медиоланский — епископ, проповедник и один из отцов западной церкви — уже в IV веке открыто рассуждал о «земном шаре». А мусульманские астрономы того времени развивали сферическую тригонометрию, чтобы вычислять направления и расстояния до Мекки — расчеты, которые имеют смысл только на шарообразной планете.
Роль Колумба в этой истории
Христофор Колумб не доказывал, что Земля круглая. Это давно было известно всем, кто имел хоть какое-то отношение к его экспедиции. Спор шел о другом — о размерах планеты.
Колумб считал Землю на 25-30% меньше, чем она есть на самом деле. Он опирался на данные древнегреческого философа и географа Посидония (135–51 годы до н. э.), который, отвергнув более точные вычисления Эратосфена, занизил оценку длины земной окружности. Согласно расчетам Колумба, путь в Азию по западному маршруту должен был занять всего несколько недель. Ему возражали не невежды, а лучшие географы Европы, справедливо указывавшие, что океан слишком велик и подобное путешествие может закончиться катастрофой.
По иронии судьбы именно ошибка Колумба сделала его путешествие возможным. Если бы он знал истинные размеры Земли и реальные расстояния до Азии, то, вероятно, не решился бы на столь рискованную экспедицию — запасов воды и еды просто не хватило бы на такой путь. Его флот спасло существование неизвестного** тогда континента — Америка оказалась между Европой и Азией, не дав кораблям сгинуть в бескрайнем океане.
**Справедливости ради стоит отметить, что за пять веков до Колумба берегов Северной Америки, вероятно, достигали викинги, но свои открытия они не удосужились задокументировать, так что вскоре это достижение было забыто.
Парадокс XXI века
И вот здесь история делает неожиданный поворот. В наше время, когда существуют тысячи спутниковых снимков Земли, Международная космическая станция непрерывно летает уже 25 лет, и сотни человек побывали в космосе, миллионы наших современников начали верить в плоскую Землю.
Согласно социологическим опросам, примерно 2-3% населения развитых стран убеждены, что планета имеет форму диска. Это не шутка. Существуют целые сообщества, конференции, каналы в интернете, посвященные "разоблачению" шарообразной Земли.
Особенно настораживает возрастная динамика. Среди людей старшего поколения в шарообразности Земли убеждены более девяноста процентов. Среди молодежи этот показатель заметно ниже. Интернет, который должен был стать инструментом распространения знаний, превратился в рассадник невежества.
Древние греки, не имея ни спутников, ни телескопов сумели понять форму планеты и измерить ее размер с помощью палки и тени. Аристотель в IV веке до н. э. привел доказательства, которые может проверить любой человек — достаточно понаблюдать за кораблями или за лунным затмением.
А часть наших современников, имея свободный и мгновенный доступ ко всем знаниям человечества, умудряется отрицать очевидное. Это не "альтернативная точка зрения" и не "здоровый скептицизм". Это интеллектуальная деградация — откат на тысячелетия назад.
Солнце кажется символом абсолютного, запредельного жара. На него невозможно долго смотреть без защиты, его свет нагревает планеты и поддерживает жизнь на Земле, а внутри него уже около 4,6 миллиарда лет непрерывно идут термоядерные реакции.
Поэтому фраза "ядро Земли горячее поверхности Солнца" может показаться ошибочной.
Однако ошибки тут нет.
Видимая поверхность Солнца — фотосфера — имеет температуру около 5 500 °C. А температура в центре Земли составляет примерно 6 000 °C. То есть самые глубокие области нашей планеты действительно горячее солнечной поверхности.
Ключевое слово здесь — "поверхность". Солнце не одинаково горячее во всех слоях. Его фотосфера — это лишь внешняя видимая оболочка, и она относительно "холодная". А вот в солнечном ядре температура достигает 15 миллионов градусов, что не идет ни в какое сравнение с температурой ядра нашей планеты.
И все же вопрос, озвученный в заголовке, остается интересным. Объем Земли примерно в 1,3 миллиона раз меньше объема Солнца — так откуда у небольшой каменной планеты в центре такая температура?
Часть тепла Земля хранит с момента своего рождения. Около 4,54 миллиарда лет назад наша планета начала формироваться из пыли, слипшихся фрагментов и обломков планетезималей, которым повезло меньше, чем будущей Земле. Столкновения в процессе формирования были чудовищными: энергия ударов превращалась в тепло, а молодая Земля постепенно разогревалась.
Позже тяжелые вещества, прежде всего железо и никель, начали опускаться к центру планеты. Так формировалось металлическое ядро. Этот процесс тоже выделял энергию и сделал внутренние области Земли еще горячее.
Но древнее тепло — не единственный источник. В недрах планеты продолжают распадаться радиоактивные элементы, такие как уран, торий и калий. Их распад сопровождается высвобождением энергии, которая пополняет тепловой запас земных глубин.
При этом наша планета, разумеется, остывает, но делает это очень неохотно: тысячи километров горных пород работают как мега-эффективная теплоизоляция. Солнечная система прекратит свое существование раньше, чем недра нашей планеты остынут до хоть сколько-нибудь ощутимых значений.
Не менее интересен и тот факт, что внутреннее ядро Земли остается твердым. На первый взгляд это странно: температура огромная, железо должно плавиться. Но на глубине более 5 000 километров давление достигает миллионов атмосфер. Оно настолько сильно сжимает атомы железа, что им трудно свободно смещаться относительно друг друга. А плавление — это как раз переход в состояние, при котором атомы могут двигаться гораздо свободнее. При таком давлении для плавления нужна намного более высокая температура, поэтому внутреннее ядро остается твердым даже при экстремальном нагреве.
Выше находится внешнее ядро — оно жидкое. Здесь давление ниже, чем во внутреннем ядре, поэтому железо-никелевый расплав сохраняет подвижность. Движение этой проводящей жидкости участвует в создании магнитного поля Земли.
Раскаленное ядро — не странный пережиток прошлого, а "сердце" всей планеты. Оно хранит тепло древней Земли, поддерживает внутреннюю динамику и помогает создавать магнитный щит, без которого на нашей планете никогда не было бы всего того разнообразия флоры и фауны, что мы наблюдаем сегодня.
Предвкушая заявления "экспертов во всех областях науки" о том, что есть только Кольская сверхглубокая и никто глубже 12 километров не был, заранее отвечаю: температуру земного ядра ученые определяют косвенными методами.
Они изучают, как сейсмические волны от землетрясений — а в прошлом и от подземных ядерных испытаний — проходят сквозь планету. Скорость этих волн меняется в зависимости от плотности, температуры и состояния вещества. По этим изменениям можно понять, что происходит в глубинах Земли. Для подтверждения оценок используют и экспериментальный способ: ученые берут железо и никель, сжимают их до давлений, сопоставимых с давлением в земном ядре, и нагревают, чтобы определить, при какой температуре металл начинает плавиться.
Так оценки температуры ядра опираются не на фантазии, а на сейсмологию и физику вещества в экстремальных условиях.
Этот снимок был сделан 3 октября 2018 года немецко-французским посадочным модулем MASCOT (Mobile Asteroid Surface Scout) во время его "падения" на поверхность 900-метрового астероида Рюгу в рамках миссии Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) "Хаябуса-2". На изображении запечатлен момент, когда MASCOT находился всего в нескольких метрах от астероида.
MASCOT отделился, когда "Хаябуса-2" находился на высоте около 50 метров от астероида, начав спуск, который занял 20 минут. Всего модуль передал 20 снимков, показав детали грубой, усеянной валунами поверхности астероида. Они стали важными ориентирами для основного зонда при сборе образцов, которые 5 декабря 2020 года были доставлены на Землю. Их анализ выявил органические молекулы и воду, ставшие дополнительным подтверждением гипотезы о ключевой роли астероидов в зарождении жизни на Земле.
После успешной посадки MASCOT проработал на Рюгу 17 часов и 7 минут — немного дольше запланированных 16 часов. За это время модуль дважды менял свою позицию с помощью внутреннего маятникового механизма и провел научные измерения в четырех различных точках. Полученные данные позволили установить, что Рюгу — это груда слипшихся обломков, которые сформировались в результате разрушения более крупного небесного тела.
Может ли исчезновение естественного спутника планеты привести к катастрофическим изменениям на ее поверхности? В случае с Луной и Землей ответ пугающе очевиден — да. Наш спутник играет критическую роль в поддержании самой жизни на планете, и его потеря запустила бы цепочку разрушительных событий.
Первый и самый мощный удар пришелся бы по Мировому океану. Без Луны сила приливов уменьшится на две трети, что нарушит работу глобального океанического конвейера — системы течений, перемешивающих воды от поверхности до самых глубин. Это приведет к катастрофическому снижению уровня кислорода в глубинных водах.
Начнется массовая гибель планктона — микроскопической основы всей морской пищевой цепи. За ним последуют рыбы, киты, тюлени. Прибрежные экосистемы, привыкшие к ритму приливов, разрушатся первыми. Исчезновение кораллов, моллюсков и ракообразных — это только начало. Погибнут целые рыбные популяции, потеряв места нереста и кормовую базу.
Океан, занимающий около 70% поверхности планеты, превратится в безжизненную водную пустыню. А ведь именно океан производит более половины кислорода на Земле и регулирует глобальный климат.
Климатический хаос
Но это еще не все. Луна своей гравитацией стабилизирует наклон земной оси (около 23,5 градуса). Без этой поддержки ось начнет колебаться под гравитационным влиянием других планет. Даже небольшие изменения наклона оси приведут к радикальным климатическим сдвигам.
Представьте: там, где были умеренные зоны, могут образоваться пустыни или, наоборот, зоны вечной мерзлоты. Привычные сезоны исчезнут. Сельское хозяйство станет практически невозможным. Изменится характер осадков, направление ветров, океанических течений.
Земля превратится в планету экстремальных контрастов: одни регионы будут страдать от чудовищной жары, другие — от убийственного холода. Жизнь, такая, какой мы ее знаем, окажется под угрозой тотального вымирания.
К счастью, исчезновение Луны — событие невозможное. Но сама мысль о последствиях такой катастрофы показывает, насколько хрупок баланс условий, поддерживающих жизнь на нашей планете. И насколько важен для нас этот скромный спутник.
В ходе пилотируемой миссии NASA "Артемида-2" был сделан впечатляющий снимок лунного затмения, который озадачил многих. Все дело в том, что темный диск Луны усеян множеством ярких точек, создающих впечатление, будто на ее поверхности горят огни — если не целых городов, то как минимум баз постоянного присутствия людей. Но все куда прозаичнее.
На самом деле эти светящиеся точки — не реальные источники света на Луне. Это так называемые горячие пиксели — артефакты, возникающие на матрице цифровой камеры. Чтобы получить качественный снимок затмения в условиях крайне низкой освещенности, камеру настроили на высокую светочувствительность. Большое значение параметра ISO, определяющего чувствительность сенсора к свету, позволило запечатлеть детали в темноте, но одновременно усилило цифровой шум — случайные светлые точки, появляющиеся на изображении.
Однако в космосе на фотосъемку влияет еще один фактор, с которым люди на Земле почти не сталкиваются, — космические лучи. Это потоки высокоэнергетических частиц, главным образом протонов и ядер атомов, которые непрерывно пронизывают космическое пространство. Часть из них приходит от Солнца, часть рождается при вспышках сверхновых и других мощных процессах далеко за пределами Солнечной системы. Пройдя через корпус космического корабля "Орион" и матрицу камеры, они оставили энергетические следы на сенсоре. Каждый такой след выглядит как яркая точка на снимке.
Для аппаратуры это в основном источник незначительных помех и редких сбоев, а для человека при длительном воздействии — серьезный фактор риска: космическое излучение повреждает клетки и ДНК, повышает вероятность рака, катаракты и может приводить к нарушениям в работе нервной и сердечно-сосудистой систем. Кстати, фантазеры, рассуждающие о колониях на Луне, Марсе и у черта на куличках, почему-то этот фактор обходят стороной.
Мы, живя на Земле, защищены от большей части космических лучей благодаря плотной атмосфере и магнитосфере. Поэтому астрофотографы с подобной проблемой почти не сталкиваются. Но в открытом космосе высокоэнергетические частицы воздействуют на аппаратуру гораздо сильнее. Чем дольше выдержка и выше светочувствительность камеры, тем заметнее этот эффект. Именно поэтому на снимке затмения от "Артемиды-2" оказалось так много ложных световых точек.
Таким образом, этот кадр, несмотря на всю его эстетическую привлекательность, служит важным напоминанием о том, насколько суровы и опасны условия за пределами нашей родной планеты.
30 ноября 1609 года итальянский астроном Галилео Галилей впервые направил на Луну телескоп собственного изготовления и увидел не просто знакомый светящийся диск, а сложный мир с крайне неоднородной поверхностью.
Именно это наблюдение положило начало его знаменитым лунным зарисовкам, которые позднее легли в основу научного трактата "Звездный вестник" (лат. Sidereus Nuncius). Это нанесло серьезный удар по представлениям о "совершенстве" небесных тел, господствовавшим более двух тысяч лет.
Согласно античной картине мироустройства, перекочевавшей в Средневековье, небесные тела считались "совершенными" сферами, на которых, в отличие от Земли, нет ни неровностей, ни разрушений, ни следов каких-либо временны́х изменений. Небо рассматривалось как область идеальных форм, а значит, Луна, следуя этой логике, не должна была иметь ничего общего с земным рельефом. Так учил Аристотель, и его взгляды на протяжении веков считались непререкаемыми.
Разумеется, Луну не представляли буквально отполированным шаром без единого пятна — темные участки на ее поверхности люди видели всегда. Но их существование объясняли особенностями "небесной материи" или тем, как лунный диск выглядит при наблюдении с "несовершенной" Земли.
Телескоп, изменивший все
В мае 1609 года Галилей узнал об изобретении зрительной трубы в Голландии, способной "далекое делать близким". Будучи профессором Падуанского университета, он, опираясь на свой авторитет и связи, получил возможность ознакомиться с этим новым инструментом, который давал лишь трехкратное увеличение — немногим больше театрального бинокля.
Галилей хотел большего и начал активно экспериментировать с линзами в собственной мастерской. Всего за несколько месяцев он создал телескоп с 20-кратным, а затем и 32-кратным увеличением.
30 ноября 1609 года Галилей впервые направил свой телескоп на Луну. То, что он увидел, потрясло его. Вместо гладкой сферы перед ним открылся далекий мир с горами, долинами, кратерами и загадочными темными областями, позже получившими название морей. Луна оказалась не безупречным небесным телом, а каменистым миром со сложным рельефом — во многом похожим на Землю. Не оставалось никаких сомнений в том, что Аристотель и его последователи ошибались.
Зарисовки от руки
Галилей почти одержимо наблюдал Луну до 18 декабря 1609 года, внимательно изучая движение линии терминатора — границы между светом и тенью. Он замечал, как горы отбрасывают длинные тени при восходе Солнца над лунной поверхностью и как яркие вершины сияют на фоне еще темных долин.
Галилей делал детальные акварельные зарисовки Луны в разных фазах. Всего он создал шесть рисунков, которые стали одними из первых реалистичных изображений земного спутника, показавшими, что Луна обладает сложным рельефом с горами и впадинами.
В 1610 году Галилей опубликовал свои наблюдения в трактате "Звездный вестник", в котором описал увиденное почти поэтически:
"<...> Мы замечали даже, что только что упомянутые небольшие пятна все и всегда сходятся в том, что имеют черную часть со стороны, обращенной к месту Солнца; со стороны же, противолежащей Солнцу, они увенчиваются более светлыми границами, как бы пылающими черными хребтами. Примерно такую же картину мы имеем на Земле около солнечного восхода, когда видим долины, еще не залитые светом, а горы, окружающие их со стороны, противоположной Солнцу, уже горят ярким блеском; и подобно тому, как тени земных впадин уменьшаются по мере поднятия Солнца, так и эти лунные пятна теряют темноту с возрастанием освещенной части".
Хэрриот и Галилей
Интересно, что Галилей не был первым человеком, направившим телескоп на Луну. Еще 26 июля 1609 года — почти за четыре месяца до него — английский математик и астроном Томас Хэрриот провел первые телескопические наблюдения Луны и сделал первую в истории астрономическую зарисовку.
Более того, в период с 1610 по 1613 год Хэрриот составил подробную карту Луны, точность которой удалось превзойти лишь спустя несколько десятилетий. Его телескоп имел небольшое увеличение — всего в шесть раз, однако наблюдательность и точность самого Хэрриота позволили добиться впечатляющего результата.
Как же так вышло, что весь мир знает Галилея, а Хэрриот остался в тени? Все дело в том, что англичанин никогда не публиковал результаты своих исследований и показывал их лишь узкому кругу знакомых. После смерти Хэрриота в 1621 году о его достижениях забыли почти на два столетия.
Галилей же действовал как настоящий популяризатор науки, умеющий превращать открытия в события мирового масштаба. Его "Звездный вестник" имел сенсационный успех по всей Европе.
Революция в науке
Открытия Галилея стали мощным аргументом в пользу гелиоцентрической системы Коперника. Если Луна покрыта горами и кратерами, как Земля, значит, небесные тела не так уж принципиально отличаются друг от друга. А если Земля — такое же небесное тело, то почему бы ей не двигаться вокруг Солнца?
Учение Аристотеля о противоположности "земного" и "небесного" оказалось серьезно поколеблено. Луна перестала восприниматься как идеальная небесная сфера и стала реальным миром со сложным рельефом. Это был переворот в сознании, сравнимый по масштабу с величайшими географическими открытиями эпохи.
Впрочем, не все приняли открытия Галилея. Противники утверждали, что телескоп обманывает и показывает то, чего в действительности нет — сегодня они бы писали в комментариях, что это все Голливуд, фейки и ИИ.
Некоторые астрологи жаловались, что новые открытия на небесах ставят под удар не только астрологию, но и связанную с ней медицинскую практику. Но время расставило все по местам: зарисовки Галилея положили начало новой эпохе телескопической астрономии.
Сегодня, глядя на современные снимки Луны в высоком разрешении, трудно представить, каким откровением были простые акварельные рисунки Галилея четыре века назад. Но именно с них началось настоящее знакомство человечества с Луной как с реальным миром, доступным для изучения и понимания.
Вопреки распространенному мнению, "темная сторона" Луны получает столько же солнечного света, сколько и видимая с Земли сторона. Правильнее называть ее "обратной" стороной, поскольку она всегда обращена от Земли из-за синхронного вращения Луны.
Первые снимки обратной стороны Луны были получены советской автоматической станцией "Луна-3" в 1959 году. Ученых поразило фундаментальное различие между полушариями: обратная сторона имеет гораздо больше кратеров и почти лишена темных "морей", характерных для видимой стороны.
Это асимметричное распределение объясняется разной толщиной лунной коры — на обратной стороне она примерно в два раза толще, что препятствовало излиянию древних лавовых потоков, формировавших лунные моря.
12 декабря 1972 года астронавты миссии "Аполлон-17" Харрисон Шмитт и Юджин Сернан работали в районе лунного кратера Шорти, когда Шмитт внезапно остановился и воскликнул:
Это событие стало одной из самых громких геологических находок всей программы "Аполлон" и дало начало научной дискуссии, которая продолжается до сих пор.
"Откровенно говоря, когда Джек [Харрисон Шмитт] сказал, что видит оранжевый грунт, я начал задаваться вопросом, не сказалось ли на нем длительное пребывание на Луне. Однако потом я увидел все сам", — вспоминал Юджин Сернан.
Оранжево-коричневый цвет грунта на фоне серого ландшафта настолько выбивался из привычной картины лунного пейзажа, что Шмитт — единственный профессиональный геолог среди астронавтов программы "Аполлон" — сразу понял: перед ними нечто исключительное. Он предположил, что астронавты обнаружили следы вулканической активности, и если бы она оказалась относительно недавней по геологическим меркам, это означало бы, что Луна не полностью мертвый мир.
Образцы оранжевого грунта собрали, упаковали и доставили на Землю. Первые исследования показали, что это не типичная лунная пыль, а масса микроскопических стеклянных шариков и их обломков — пирокластический материал, выброшенный на поверхность во время древних взрывных извержений. Это подтвердило предположение Шмитта о том, что вулканизм действительно имел место, но не в недавнем прошлом, а около 3,6 миллиарда лет назад, когда Луна еще сохраняла заметную геологическую активность.
Специфический цвет оранжевого грунта был связан с присутствием железа и титана. Шарики же по сути представляют собой капли лунной магмы, выброшенные в ходе фонтанирующих извержений, застывшие и осевшие на поверхность подобно вулканическому пеплу в безвоздушной среде.
Однако настоящий сюрприз ждал ученых десятилетия спустя. В 2008 году, когда в их распоряжении появились более совершенные инструменты, вулканическое стекло изучили более чувствительными методами. В итоге внутри частиц обнаружили следы летучих компонентов, включая гидроксильные группы и молекулярную воду, "впечатанные" в структуре стекла.
Это открытие стало одним из самых сильных ударов по старому представлению о Луне как о полностью "сухом" мире. Исследования показали, что содержание воды в источнике этих магм могло составлять от 260 до 745 частей на миллион — величину, сопоставимую с некоторыми земными базальтовыми магмами.
Позднейшие исследования показали, что значительная часть лунной воды имеет "земное происхождение". Это говорит о том, что вода изначально присутствовала в веществе, из которого сформировались и Земля, и Луна. Кроме того, данное открытие является весомым аргументом в пользу гипотезы ударного формирования Луны, предполагающей, что около 4,5 миллиарда лет назад протоземля столкнулась по касательной с протопланетой, примерно вдвое меньшей ее. И, что особенно интересно, это катастрофическое столкновение не испарило всю воду — часть ее сохранилась в глубинах спутника.
Обнаружение оранжевого грунта — один из тех случаев, когда случайное наблюдение приводит к последствиям, которые невозможно было предсказать заранее. Астронавты увидели необычный цвет и зафиксировали его. Затем собрали образцы и доставили их на Землю. После этого исследователи первого поколения поняли природу материала. Ученые следующих поколений, вооруженные уже совсем другими технологиями, извлекли из тех же образцов новую информацию, изменившую представления о внутреннем строении Луны и истории ее формирования.
Так работает наука. И это — прекрасно.
Сегодня оранжевый грунт "Аполлона-17" остается одним из самых ценных лунных материалов на Земле. Эти крошечные стеклянные шарики позволили заглянуть в далекое прошлое Луны, лучше понять формирование системы Земля-Луна и показали, что когда-то на нашем естественном спутнике действовали вулканы, а в его недрах до сих пор сохраняются летучие вещества — немые свидетели катастрофических событий ранней истории.
В сравнении с человеческой жизнью и даже с целыми цивилизациями Солнце кажется вечным и неизменным. Однако наше светило непрерывно теряет массу, и каждую секунду оно становится легче на миллионы тонн — и это медленно меняет орбиты всех объектов Солнечной системы, включая Землю.
В ядре Солнца протекают термоядерные реакции: водород превращается в гелий, выделяя колоссальную энергию. Часть массы при этом превращается в энергию по формуле Эйнштейна E=mc² — в среднем около четырех миллионов тонн в секунду. Эта масса не исчезает в никуда, а рассеивается по космическому пространству в виде тепла и света, часть из которых достигает Земли, делая ее пригодной для жизни.
Кроме того, наша звезда постоянно испускает солнечный ветер — поток заряженных частиц, который на огромной скорости разлетается по всей Солнечной системе. Этот процесс уносит еще примерно 1–2 миллиона тонн вещества в секунду. Таким образом, Солнце "худеет" примерно на 5–6 миллионов тонн в секунду, то есть порядка 430–520 миллиардов тонн в сутки.
Для нас, живущих на пылинке в бескрайней Вселенной, это может показаться каким-то невообразимым числом. Но на самом деле — это ничтожно мало. За миллиард лет Солнце лишится всего около 0,01% своей массы, так что для звезды такие потери — капля в море. Но даже эта "капля" имеет последствия.
Гравитация Солнца удерживает объекты Солнечной системы на орбитах. Чем меньше масса звезды, тем слабее притяжение — и орбиты начинают медленно, но необратимо расширяться. Земля, например, отдаляется от Солнца со скоростью около 1–2 сантиметра в год.
Спасет ли это планету?
Примерно через пять миллиардов лет, когда запасы водорода в солнечном ядре подойдут к концу, звезда начнет превращаться в красного гиганта, стремительно расширяясь и сбрасывая свои внешние оболочки. Может показаться, что миграция Земли должна обеспечить спасение от столь катастрофических изменений, но... к сожалению, это не поможет.
Раздувающееся Солнце поглотит Меркурий, Венеру и, вероятно, достигнет земной орбиты, которая к тому времени "уползет" всего на 50–100 тысяч километров от ее нынешнего положения.
Что будет с Землей?
Даже если Земля физически не будет поглощена умирающим Солнцем, условия на ней станут адскими задолго до финала.
Примерно через миллиард лет океаны начнут испаряться, атмосфера разрушится, поверхность раскалится. Практически вся жизнь — кроме каких-нибудь экстремофилов, живущих глубоко под поверхностью — исчезнет намного раньше, чем Солнце достигнет максимального размера.
"Ничто не вечно, немногое долговечно, конец у вещей различный, но все, что имеет начало, имеет и конец", — писал римский философ Луций Анней Сенека.
Команда американских астрономов изучила околоземный астероид 2024 PT5, который почти на два месяца стал временным спутником нашей планеты, и установила его природу. Похоже, он представляет собой отколовшуюся лунную породу. По мнению авторов новой научной работы, в космосе дрейфует скрытая популяция таких объектов, все они ожидают своего открытия.
Иногда Земля своей гравитацией может захватить небольшие околоземные астероиды. Происходит это в том случае, если такие объекты расположены достаточно близко к нашей планете (внутри сферы Хилла) и пролетают на подходящей скорости, чтобы гравитация Земли смогла изменить их орбиту. Ученые называют эти тела «мини-лунами». Они могут стать как квазиспутниками, способными находиться на орбите столетиями, так и временными спутниками, оставаясь вблизи планеты от нескольких часов до нескольких дней и даже месяцев.
Большинство «захваченных» околоземных астероидов слишком малы, чтобы причинить вред людям. Однако для ученых они удобные цели, так как находятся ближе, чем другие околоземные объекты.
За время астрономических наблюдений исследователи открыли десятки временных спутников Земли. Среди последних — 2024 PT5 диаметром 10-11 метров, который обнаружили в августе 2024 года благодаря наземной системе телескопов ATLAS. В статусе временного спутника он пробыл 56 дней, с сентября по ноябрь, снова «временным» станет только в 2055 году.
Первые наблюдения показали, что 2024 PT5 — вероятно, один из представителей семейства околоземных астероидов Арджуна, орбиты которых очень похожи на земные по своему характеру, имеют низкое наклонение и орбитальные периоды, близкие к одному году.
Команда астрономов из США под руководством Тедди Карета (Teddy Kareta) из обсерватория Лоуэлла в Аризоне повторно изучила 2024 PT5 и выяснила, что по своему внешнему виду космическое тело не похоже на большинство других известных околоземных астероидов. Об этом исследователи рассказали в статье, опубликованной на сайте электронного архива препринтов arXiv․org.
Химический состав 2024 PT5 схож с химическим составом образцов лунных пород, собранных миссией «Аполлон-14» в 1971 году. Кроме того, давление солнечного излучения, наблюдаемое на траектории астероида, на порядки ниже, чем ожидалось бы для искусственного объекта. Поэтому с большой долей вероятности 2024 PT5 не рукотворный объект или космический странник, образовавшийся на задворках Солнечной системы, а часть Луны — порода, отколовшаяся от поверхности нашего естественного спутника в результате столкновения с крупным телом.
Карет и его коллеги исследовали спектр отражения 2024 PT5 с помощью двух наземных телескопов: Lowell Discovery и инфракрасного телескопа NASA IRTF, установленного на вершине вулкана Мауна-Кеа на острове Гавайи. Ученые пришли к выводу, что состав астероида богат пироксеном — минералом, который часто встречается на Луне: его находят в базальтовых породах, образовавшихся из лавы в лунных морях.
Например, пироксена много в образцах, собранных астронавтами Аланом Шепардом и Эдгаром Митчеллом на видимой стороне Луны в формации Фра-Мауро — холмистой местности, сложенной, как предполагается, из обломочных пород. То есть из материала, который возник на глубине, но в результате импактного события оказался выброшен на поверхность.
«Астронавты собирали образцы в основном на возвышенностях — более светлых участках Луны, которые можно увидеть с Земли. Мы предполагаем, что относительно недавно — возможно, 200 тысяч лет назад — что-то большое врезалось в этот регион и выбросило в космос лунные породы, включая 2024 PT5. Если бы меня спросили, с какой именно части Луны родом этот астероид, я бы ответил, что из высокогорья», — объяснил Карет.
Если 2024 PT5 действительно фрагмент лунной породы, он будет вторым известным астероидом, сформировавшимся таким образом. В 2021 году группа астрономов пришла к выводу, что ранее открытый небольшой околоземный астероид (469219) Камоалева был выбит с поверхности Луны. Его спектры похожи на спектры образцов лунного грунта, доставленные миссиями «Аполлон-14» и «Луна-24». В частности, исследования спектра отраженного света показали, что химический состав астероида напоминает химический состав минерала анортозита — основной компонент лунной коры.
В 2025 году Китай собирается отправить миссию «Тяньвэнь-2» к околоземному астероиду (469219) Камоалева с возвратом образцов его грунта. В случае успеха миссии у ученых окажется ценный материал, который прольет свет не только на состав и происхождение этих объектов, но и позволит лучше понять процессы образования Луны и взаимодействия между Землей и ее спутником.
По мнению ученых, сделавших открытие, вблизи нашей планеты могут находиться около 16 околоземных астероидов, образовавшихся из лунных пород. Однако заметить их достаточно сложно, потому что они маленькие и очень тусклые.
Другие исследователи уверены, что такие объекты вряд ли будут встречаться слишком часто, поскольку для их образования нужны «правильные условия». Если во время столкновения астероида с лунной поверхностью выделится недостаточно энергии, образовавшиеся обломки просто упадут обратно на поверхность. Если же выделится слишком много энергии, обломки преодолеют гравитацию Луны и покинут гравитационное поле системы Земля — Луна.
На снимках, ежедневно присылаемых действующим дуэтом марсоходов NASA, взгляд неизменно цепляется за причудливые слоистые валуны и скалы. И это не случайные продукты эрозии, а осадочные породы — геологический архив, формировавшийся на протяжении миллионов лет.
Современная наука связывает происхождение таких пород с древними марсианскими водоемами. Имеющиеся данные указывают на то, что миллиарды лет назад Красная планета была совершенно другим местом: по ее поверхности текли бурные реки, а в низинах, подобно кратерам Гейл и Езеро, исследуемым роверами Curiosity и Perseverance соответственно, существовали глубоководные озера.
Ключевая деталь этой истории — цикличность. Водоемы не были стабильными на протяжении всего своего существования: они периодически наполнялись водой, приносившей взвешенные частицы породы, а затем испарялись под воздействием климатических изменений, оставляя после себя тонкий осадочный слой. Следующий цикл наполнения водой приносил очередную порцию материала, формируя новый пласт поверх предыдущего.
Повторяясь на протяжении миллионов лет, этот процесс породил характерную полосатую структуру, которую мы теперь наблюдаем на снимках. Каждый слой — это страница древней марсианской летописи, зафиксировавшая конкретный эпизод климатической истории планеты. Если бы у нас была возможность изучить весь этот материал в лабораторных условиях, мы смогли бы с высочайшей точностью воссоздать хронологию колебаний уровня воды и изменений химического состава пород, а также лучше понять, существовали ли когда-нибудь на планете условия для зарождения простейших форм жизни.
Но одно мы сегодня знаем наверняка: в какой-то момент на Марсе произошла климатическая катастрофа планетарного масштаба. Под воздействием солнечного ветра планета начала стремительно терять свою плотную атмосферу, из-за чего условия на поверхности стали непригодны для существования жидкой воды. Львиная доля воды улетучилась в космос, часть сосредоточилась в полярных шапках, а остальное ушло под поверхность, превратившись в вечную мерзлоту.
Виной тому два фактора: малая масса планеты (Марс примерно на 89% легче Земли) и отсутствие глобального магнитного поля. Вероятно, в начале своей истории Марс все же обладал магнитосферой, но недра планеты быстро остыли, и магнитный щит "вышел из строя".
Однако рассматривается и другой сценарий: Красная планета никогда не имела глобального магнитного поля. В таком случае ее ранняя плотная атмосфера была первичной газовой оболочкой, оставшейся после формирования планеты. В конце концов солнечный ветер ее сдул, что привело к радикальному изменению марсианского климата.
Но вернемся к слоистым камням. Они лежат нетронутыми в ледяной марсианской пустыне, практически не подвергаясь эрозии из-за крайне разреженной атмосферы. На Земле подобные породы давно были бы уничтожены тектоническими процессами и выветриванием. Так что перед нами бесценный источник информации, для полноценного изучения которого у человечества нет... денег.
Но надежда есть! Мировым лидером в освоении космоса становится Китай, для которого фундаментальная наука не превратилась в коммерческий пирог, с остервенением раздираемый частными корпорациями. Благодаря системному государственному подходу и четкому планированию есть все основания полагать, что уже в течение десятилетия первые образцы марсианского грунта будут успешно доставлены на Землю.
Хотите больше науки в вашей жизни? Тогда приглашаю вас в мои каналы — новый материал выходит каждые четыре часа:
Глядя на Луну в ясную ночь, мы видим знакомый серебристый диск с темными пятнами — лунными "морями". Но далеко не каждый знает, что эти пятна — застывшие океаны лавы, которая в далеком прошлом извергалась на поверхность в колоссальных объемах. Сохранились на Луне и некоторые вулканические структуры — архитекторы этого инопланетного рельефа.
Одна из них — давно потухший вулкан Mairan T, детально сфотографированный орбитальным аппаратом NASA Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) и поразивший ученых своей необычной природой.
Mairan T расположен на видимой стороне Луны, в северо-западной части Океана Бурь (лат. Oceanus Procellarum) — самого большого лунного "моря". Это не ударный кратер, каких на Луне миллионы, а именно потухший вулкан, сформированный выдавливанием вязкой лавы из недр.
Диаметр его основания составляет примерно семь километров, а высота — 800 метров. На вершине зияет крупная кальдера диаметром 3,8 километра и глубиной около 450 метров. Кальдера образовалась на последних стадиях извержения, когда опустошенное интенсивными извержениями магматическое жерло обрушилось внутрь себя.
На снимках LRO отчетливо видно, что Mairan T заметно ярче окружающей поверхности. Равнины Океана Бурь сложены из темных базальтов, богатых железом, а склоны вулкана покрыты застывшей лавой с высоким содержанием диоксида кремния — она светлее и обладает более высоким альбедо, то есть отражает больше света.
И именно в этом — главная загадка Mairan T.
Кремниевый вулкан там, где его не должно быть
Для Луны характерен базальтовый вулканизм — жидкая, текучая лава, которая растекалась по поверхности, заполняя гигантские впадины, разломы и формируя лунные моря. Кремниевый же вулканизм — совсем другая история. На Земле такой тип вулканической активности встречается преимущественно в Тихоокеанском огненном кольце: вязкая, богатая кремнием магма формирует взрывоопасные вулканы вроде Сент-Хеленс (США) или Пинатубо (Филиппины).
Для образования кремниевой лавы на Земле необходимо соблюдение как минимум двух условий: тектоника плит, при которой одна литосферная плита подныривает под другую, и наличие воды в горных породах, которая снижает температуру плавления и тем самым меняет состав магмы. Однако на Луне нет ни того, ни другого, так что факт существования Mairan T — огромная загадка.
Вероятно, возникла какая-то ошибка при сборе данных? Нет. В образцах, доставленных в рамках лунных программ NASA "Аполлон" и Китайского национального космического управления (CNSA) "Чанъэ", были выявлены следы кремниевых минералов. Так что нет никаких сомнений, что кремниевый вулканизм на Луне имел место. Каким образом — ученые до сих пор спорят. Одна из гипотез предполагает, что кремниевая магма могла формироваться за счет длительной дифференциации базальтового расплава в изолированных магматических камерах, без участия воды и тектоники.
Когда Луна была "живой"
Долгое время считалось, что вулканизм на земном спутнике завершился около трех миллиардов лет назад. Именно тогда, как предполагалось, последние потоки лавы залили поверхность, затвердели и сформировали знакомые нам темные моря, а Луна превратилась в геологически мертвое тело.
Но все изменилось в 2020 году, когда аппарат CNSA "Чанъэ-5" совершил посадку в Океане Бурь, собрал около 1,73 килограмма грунта и доставил его на Землю. Первичный анализ образцов показал, что базальты в этом регионе имеют возраст около двух миллиардов лет, а не три, как ожидалось.
Это уже была сенсация: вулканизм на Луне продолжался на миллиард лет дольше, чем думали. Но главный сюрприз был впереди.
В 2024 году команда китайских ученых из Института геологии и геофизики Китайской академии наук опубликовала результаты более глубокого анализа образцов "Чанъэ-5", в которых были обнаружены микроскопические стеклянные шарики вулканического происхождения. Их возраст составлял примерно 125 миллионов лет.
Получается, что в то время, когда по нашей планете бродили тираннозавры и трицератопсы, на Луне все еще извергались вулканы.
Почему это меняет все
Тело размером с Луну должно было остыть очень быстро по космическим меркам. Тем не менее внутреннее тепло по каким-то причинам сохранялось намного дольше, чем предсказывают стандартные модели, и питало вулканическую активность.
Одна из гипотез связывает эту аномалию с высоким содержанием радиоактивных элементов в лунной мантии, которые при распаде выделяют тепло. Другая предполагает, что приливное взаимодействие с Землей могло поддерживать разогрев недр. Третья допускает существование изолированных "карманов" магмы, которые остывали значительно медленнее, чем окружающие породы.
И вот тут возникает захватывающий вопрос: а может ли Луна все еще оставаться вулканически активной? Скорее всего, нет — но после серии открытий за последние десятилетия ученые уже не столь категоричны в этом утверждении.
Комментарии