Еще в конце девяностых годов XX-го века Крымская астрофизическая обсерватория во главе с доктором физико-математических наук Валентиной Владимировной Прокофьевой-Михайловской, рководившей в то время довольно большой исследовательской группой, приступила к телевизионным наблюдениям оптических свойств различных астероидов. Исследовательский комплекс был установлен на телескопе с диаметром зеркала 0.5 метра. Характерная переменность, зарегистрированная у астероида (87) Сильвия, доказывала, что этот астероид имеет спутник – что и было объявлено в статье 1992 года Прокофьевой В.В. и Демчика М.И. в «Астрономический журнал»: «Астероид 87 Сильвия – двойной» (сейчас известно, что Сильвия – тройной астероид). Признаки двойственности крымские астрономы нашли и у Диотимы, блеск которой менялся с периодом 14.89 часа и 4.56 часа.

Крымским астрономам, сообщившим о двойных астероидах, почти никто не поверил, потому что их наблюдения противоречили существующей планетологической парадигме. Астероиды считались строительным мусором на месте несформировавшейся планеты или обломками крупных протоастероидов – планетезималей. Какие у них могут быть спутники? Недоверие исчезло, когда в 1994-м году межпланетная станция «Галилео» неожиданно сфотографировала у неровного астероида Иды округлый спутник Дактиль. Сразу возник вопрос: Как образовались спутники астероидов?

Результаты группы Прокофьевой-Михайловской стали активно обсуждаться в научном сообществе, и было решено подготовить обзор для «Успехов физических наук». В КрАО я слыл специалистом по спутниковым системам, и Валентина Владимировна пригласила меня стать соавтором обзора и написать его теоретическую часть о стабильности, динамике и происхождении спутников астероидов. Это предложение застало меня врасплох, потому что спутники астероидов принципиально отличались от нерегулярных спутников планет-гигантов, которыми я тогда занимался. Тем не менее, для обзора в УФН я сделал все, что было возможно в 1995 году: показал, что орбиты спутников астероидов стабильны (многие астрономы сомневались в этом) и обычно располагаются глубоко внутри сферы Хилла своих главных тел; сделал вывод о быстром образовании астероидных спутников из кольца мелких тел и выдвинул гипотезу о том, что орбиты спутников астероидов могут иметь преимущественно прямое вращение относительно центрального тела.

После выхода обзора, где делался вывод (впоследствии подтвердившийся), что около 10% астероидов должны обладать спутниками, у меня осталось чувство неудовлетворенности, потому что ясного понимания происхождения двойных астероидов не было: принципиальная причина образования сравнительно крупных спутников у мелких астероидов со слабой гравитацией оставалась непонятной. Образование огромной Луны у небольшой Земли представляло аналогичную проблему, но загадочность ситуации предельно обострялась в случае астероидов – из-за слабости их гравитации. Например, представить себе захват астероидом пролетающего тела было практически невозможно – тела пролетали со скоростями в десяток километров в секунду, а орбитальные скорости спутников были в тысячу раз медленнее.

Проблема двойных астероидов и Луны потребовала немало лет для своего решения. Постепенно пришло понимание двух принципиальных пунктов:

• Только соударение быстрого тела с твердой поверхностью каменистой планеты может порождать облако достаточно медленных обломков, имеющих шанс выйти на орбиту и превратиться в спутник астероида или планеты с твердой корой.
• Эффективно остановить выброшенные обломки на орбите вокруг астероида можно только соударением с диском (или другим орбитальным телом), обращающимся вокруг астероида.

Формирование Луны должно было проходить аналогичным образом, хотя оба условия упрощаются для случая достаточно массивной Земли.

В 2004 году я опубликовал краткие тезисы с названием «Новая модель образования Луны» в Бюллетене Американского астрономического общества (Gorkavyi, N. “The New Model of the Origin of the Moon“, Bulletin of the American Astronomical Society, 2004, Vol. 36, No. 2,  ссылка).

Предложенная мультиимпактная модель соединяла самые удачные части обеих ранее выдвинутых моделей – аккреционного формирования Луны из околопланетного диска, и теории мегаимпакта. Как и теория мегаимпакта, модель предполагала поток обломочного вещества от Земли, только возникшего из-за многих ударов, а не из-за одного катастрофического и маловероятного события. Как и в аккреционной схеме, в новой модели Луна образовывалась из околопланетного диска мелких тел, масса которого была достаточно высокой за счет притока вещества с поверхности Земли, а химсостав был близок к составу литосферы Земли, по плотности близкой к 3 г/см³ и обедненной железом.

Когда мой американский соавтор, лауреат Нобелевской премии, узнал, что я работаю над альтернативной моделью образования Луны, он дружески предостерег меня, написав в личном письме, что в США “мегаимпакт” столь популярен, что выступить против него – значит, испортить себе жизнь и научную карьеру. Это предупреждение означало и то, что пробиться с новой теорией в западные журналы будет невозможно. Поэтому компьютерный расчет, который показывал, что затравочный протоспутниковый диск вокруг Земли не тает под обстрелом астероидов, а благополучно растет с пиком плотности в зоне Роша, то есть примерно на 2-х радиусах планеты, я опубликовал в журнале Крымской обсерватории: (Горькавый Н.Н., Образование Луны и двойных астероидов. Известия КрАО. 2007. т.103. N 2, стр. 143-155., см. ссылку).

Суть мультиимпактной теории отражена в картинке, опубликованной в популярной статье:

Из теории следовало, что спутники астероидов могли постепенно сближаться с главным телом, образуя вот такую гантель:

В целом, к 2016 году тема происхождения Луны и двойных астероидов была, с моей точки зрения, достаточно разработана. Она была изложена на русском языке в качестве приложения к книге «Челябинский суперболид», опубликованной на русском в 2016 году, а на английском – в 2019, см. ссылку). Там было отмечено, что модель мегаимпакта для образования Луны связана с актуальным вопросом о происхождении земных океанов: Откуда взялась на Земле вода?

В 2017 году в мировой науке об образовании Луны произошел тектонический сдвиг. По американской теории мегаимпакта израильтянами был нанесен не меньший мегаимпакт. Студентка Ралука Руфу из Израиля вместе со своим профессором Одедом Ааронсоном и соавтором Хагаи Перецом совершили немыслимое святотатство в «храме мегаимпактной Луны»: в первые дни 2017 опубликовали в Nature-Geoscience статью об мульти-импактном образовании Луны (см. ссылку). Суть статьи: Луну можно сделать не одним большим, а многими более умеренными ударами. В статье рассматривается последовательность из 20 ударов тел в 0.1-0.01 от массы Земли, которые создают 20 лун, а потом они сливаются в одну большую Луну.

Кстати, за несколько лет до работы Руфу с соавторами, я предлагал Биллу Хартманну, автору теории мегаимпакта, которого знаю не одно десятилетие, попробовать «модифицировать» теорию импакта и рассмотреть 2-3 и более ударов, но энтузиазма эта идея у Билла не вызвала.

О мульти-импактной статье в Nature зашумела мировая пресса, включая «Вашингтон пост», «Нью-Йоркер», «Популярная механика» и т.д. Очень существенно, что пресса такого уровня не ограничивается пересказом истории, она вызывает «на ковер» публичности главных действующих лиц и заставляет их высказываться. Так и «Вашингтон Пост» 11 января 2017 года взял интервью у Сары Симмонс, которая активно работает в области осторожных модификаций мегаимпакта. Она сказала “Вся теория мегаимпакта оказалась в кризисе несколько лет назад, и люди стали думать, что может быть она полностью неверна, потому что мы не можем заставить работать ее в важных моментах». Газета описывает попытки ученых разрешить космохимические проблемы: может, Тея была химически идентична Земле? Может, столкновение испарило оба тела – и потом они скондесировались в современные планету и спутник? Но «Каждый такой трюк делал теорию мегаимпакта еще более невероятной». Сара соглашается: «Если вы делаете это слишком часто, то все начинают чувствовать неловкость».

«Нью-Йоркер» призвал к ответу Роберту Кануп, которая больше других возилась с грядкой мегаимпакта и собрала с нее немалый урожай. Она была вынуждена сказать: «Я аплодирую группе [Руфу и др]. Они убедили меня, что может быть это стоит рассмотреть. Внезапно, мульти-импактный  сценарий стал выглядеть одинаково вероятным [с теорией мегаимпакта] – или невероятным – в зависимости от вашей точки зрения».

Это слово «внезапно» чрезвычайно милое! Главное, что снят психологический барьер перед публикацией мультимпактных теорий – и они уже стали появляться. Совершенно понятно, что верить конкретным утверждениям статьи в Nature насчет 20 тел никакого смысла нет: в космосе распределение тел подчиняется обратному кубу от радиуса тел. Значит, на Землю упало кроме нескольких крупных тел еще сотня тел диаметров в тысячу километров и примерно сто тысяч тел с диаметром в 100 километров. Поэтому никакого перерыва в выбросе вещества земной мантии в космос не было и конкретная динамика образования Луны будет весьма отлична от описанной в статье Руфу с соавторами. Но бесспорно, что реалистичная модель будет мульти-импактной.

Можно сравнить результаты моего расчета 2007 года с суперкомпьютерной симуляцией израильской группы 2017 года:

Несмотря на разницу в подходах и методе расчетов, главный результат практически одинаков – протолунное кольцо растет внутри полости Роша. Отсюда видно, что не в мощности компьютеров было дело, а в психологии исследователей. Пока не пришла наивная девушка Ралука и не сказала: «А король-то голый!» Мир западных теоретиков – это своебразная параолимпиада. Чтобы тут выиграть, надо удачно сломать ногу и хромать в такт со всеми.

Лидеры теоретического майнстрима проигрывают редко, даже полностью провалив научную сторону дела. Аспирантку Ралуку взяли на работу в американскую группу мегаимпакта, и сейчас мультимпактная модель перечисляется в их обзорах вместе с другими “модификациями” теории мегаимпакта.

Отмечу, что мультимпактная модель образования Луны и двойных астероидов основана на том, что спутники возникают благодаря веществу, уносимому с главного тела. Это классическая самоорганизация по Пригожину: спутники являются структурами, которые вырастают, питаясь веществом и угловым моментом улетающей с астероидов пыли. Худеющий астероид создает вокруг себя пространство возможностей. Отсюда следует, что сами астероиды должны худеть! Это согласуется с видом астероидной поверхности, на которой практически отсутствует пылевая фракция:

 В августе этого года от сингапурского журнала по планетологии я получил приглашение и за две недели написал обзор, в котором впервые достаточно детально изложил на английском свою мультиимпактную теорию образования двойных астероидов и Луны. В статью я включил и ряд других вопросов, в частности, формирование спиральных каньонов на полюсах Весты (и борозд на ее экваторе) и обсуждение происхождения воды на Луне. Я считаю, что лунной воды должно быть много, она должна совпадать по изотопному составу с земной и иметь аналогичное происхождение из планетезималей. Как известно, внутри земной мантии количество воды не меньше, чем в мировом океане (см. ссылку), видимо, благодаря кристалогидратам (например, молекула гипса содержит две молекулы воды).

На километровую мощность подземной мерзлоты указывают характерные оползни и регулярное расположение трещин в областях лунных полюсов. С помощью НАСА-софта MOON Trek (см. ссылку) я с удовольствием исследовал лунные полярные области, которые разительно отличались от обычных экваториальных областей, например,  сглаженностью очертаний кратеров и рельефом, в котором видны явные признаки самоорганизации и неустойчивостей.

Обзор быстро прошел пару раундов рецензирования и был опубликован в октябрьском номере журнала (и свободно выложен на его сайте). В декабре 2023 года эта статья стала самой популярной в журнале Earth and Planetary Science по количеству просмотров и скачиваний: Gorkavyi, N. «Origin of the Moon and Lunar Water». Earth and Planetary Science, 2023, 2(2), 86–99. (см. ссылку)

Эта публикация завершает для меня тему образования Луны, но мультиимпактная концепция образования Луны и двойных астероидов содержит массу малоизученных вопросов – именно поэтому она представляет прекрасную возможность для приложения сил молодых ученых. Образование Луны и лунной воды входит сейчас в ряд наиболее актуальных тем в области космических исследований.

Автор: @Gorkavyi
Источник: https://habr.com/