Теперь расскажите, пожалуйста, о вашей гипотезе.
Наша гипотеза заключается в том, что Луна и Земля образовались как пара - примерно по той же модели, что и двойные звезды. Вы, наверное, знаете, что они формируются, если вращательный момент облака достаточен для того, чтобы произошла фрагментация сгустка. Так, в принципе, могут образовываться не только двойные, но и тройные звезды, и так далее - главное, чтобы момент был достаточный
Так вот, мы полагаем, что Земля и Луна сформировались из газопылевого облака. Правда, тут важно понимать вот что. Может показаться, что если такое облако имеет вращательный момент (а они все имеют вращательный момент), то при коллапсировании должна произойти фрагментация. На самом деле фрагментация произойдет, если вращательный момент будет достаточно велик. Одно время была очень популярна концепция Дарвина, только не Чарлза Дарвина, а его сына Джорджа, - ее даже у нас в школах, когда я был молодым, преподавали. Нам говорили, что Земля была огненно-жидкой, она вращалась, от вращения от нее оторвался кусок - и это вот, мол, и есть Луна. Даже показывали, что Тихий океан имеет как раз подходящие размеры, чтобы именно там земной спутник и оторвался. Эта концепция, вообще говоря, была хорошо воспринята и довольно долго держалась.
Но позже ученые показали, что для этого у Земли недостаточно вращательного момента. Потом пытались добавить влияние резонанса, еще что-то придумывали, но в итоге ничего не вышло. Из этих результатов следует, что и газопылевое облако, имеющее момент, равный вращательному моменту системы Земля-Луна тоже не будет распадаться. И оно бы действительно не фрагментировало, если бы не одна интересная деталь. Дело в том, что у нас не жидкое тело Земля, которое вращается, а газопылевое сгущение, где частицы все отдельные. Эти частицы при адиабатическом сжатии начинают нагреваться и испаряться. И когда эти частицы испаряются, возникает импульс, который направлен против гравитационного взаимодействия. При гравитационном взаимодействии они притягиваются, а благодаря испарению они отталкиваются. Вот благодаря этому отрицательному члену в системе уравнений, которые это все описывают, и будет происходить фрагментация.
При этом, если частицы нагреваются, то они теряют летучие элементы. А если они теряют летучие, то оказывается (этому посвящена моя работа аж 1995 года), что они будут терять еще и железо. То есть железо теряется не в результате того, что была сначала дифференциация, железное ядро, на самом деле железо теряется в процессе испарения. При этом оно теряется быстрее, чем кремний. А вещество в остатке обогащается тугоплавкими элементами алюминием, титаном, кальцием, как это и наблюдается на Луне.
Правда, есть еще одна деталь, которая мешала, вообще говоря, прийти к таким выводам. в 1970-е годы была работа Ларимера и Гроссмана (статья), посвященная тому, как происходило концентрирование космического вещества во время образования планет. Из этой работы следовало, что железо конденсируется вместе с тугоплавкими элементами после алюминия, титана и кальция (потом уже магний и прочее). Но работа Ларимера и Гроссмана была про металлическое железо. Если идет другой процесс, если есть окись железа, то она испаряется наряду с относительно легко испаряющимися элементами - после калия и натрия. Поэтому есть разница: идет конденсация из какого-то горячего облака или испаряется частица, которая уже существует. Если испаряется частица, то она теряет железо.
И вот что получается: когда происходит коллапс и последующая фрагментация, то образуются зародыши будущей Земли и Луны, которые оба обеднены летучими и железом. Но здесь есть следующая математическая вещь: если один фрагмент меньше другого (а это почти всегда так - асимметрия при фрагментации обязательна), то на больший кусок осядет много больше материи из облака, чем на меньший. Мы проводили расчеты для соотношения первоначальных фрагментов один к четырем и получили отношение осевшего материала один к восьмидесяти. Так что маленький кусок (будущая Луна) вырастет во время оседания всего на 30 процентов. То есть, он, как был обеднен летучими и железом, так и останется, а больший фрагмент вырастет в 26 раз, то есть. на него осядет практически весь первичный материал исходного облака. Получается, что два тела, получившихся из одного облака, имеют одинаковый изотопный, но разный химический составы: тогда Земля будет иметь тот состав, который она и имеет - углисто-хондритовый, а Луна, состав, измененный высокотемпературным процессом. Больше того, проводились лабораторные эксперименты с плавлением и испарением углисто-хондритового вещества. Это же по сути первичное вещество - самое примитивное вещество Солнечной системы, из которого все образовалось. Так вот, в опытах выяснилось, что при испарении углисто-хондритового вещества примерно на 40 процентов в остатке получится буквально состав Луны.
А когда были проведены такие испытания?
Их проводил японец Хошимото в 80-е годы прошлого века. Но его не интересовал этот аспект работы, он занимался этим в процессе изучения метеоритов.
Давайте теперь вернемся к вашей гипотезе.
Наша гипотеза многое объясняет. Она говорит, например, почему изотопный состав у тел совершенно одинаковый - потому что все возникло из одного облака. Но поскольку после формирования тела жили по-разному, химический состав у них, конечно же, разный. Решается и проблема с отсутствием фракционирования изотопов при потере летучих, являющаяся одной из трудностей гипотезы мегаимпакта. В нашем случае испарение происходит в закрытом пространстве между частицами – изотопное фракционирование в этом случае близко к нулю – а летучие удаляются в потоке газа носителя (водорода, водного пара).
Гипотеза много что еще объясняет, но возникает вопрос об угловом моменте. По теории мегаимпакта был удар, поэтому с моментом там все хорошо. А у нас удара нет - как же быть с угловым моментом? И тут я должен сказать, что на самом деле ситуация ведь выглядит не так, как ее рисуют. Дело в том, что Земля-Луна имеют нормальный, а не аномальный угловой момент. Если вы проведете так называемую линию ротационной неустойчивости, то большинство тел не только Солнечной системы, но и звезд, и всех больших планет, астероидов - все они ложатся на такую линию, параллельную, близкую к линии ротационной неустойчивости. И совместно Земля-Луна тоже практически ложатся на эту линию. Так что исключением является не Земля - исключениями являются Марс, Меркурий и Венера (Марс, кстати, в меньшей степени).
Я правильно понимаю, что если рассматривать только каменные планеты Солнечной системы, то Земля получается исключением. Но если рассматривать все планеты и все тела, то исключением оказываются три планеты сразу?
Да, Земля с Луной вместе - это то, что соответствует норме. Земля без Луны является таким же исключением, как и остальные каменистые планеты. Почему? Скорее всего, это объясняется взаимодействием с Солнцем - из-за этого взаимодействия они и растеряли угловой момент. Возможно, это каким-то образом связано еще с историей тех газопылевых образований, из которых все возникало. Возможно, Луны служили для закрепления нормального орбитального момента. В общем, проблема углового момента на самом деле надумана, и в действительности ее нет. Есть проблема углового момента Меркурия и Венеры - вот здесь можно рассуждать о том, почему так получилось, почему они являются исключением. Но Земля с Луной таким исключением не являются, так что здесь не требуется каких-то ухищрений, связанных с увеличением их углового момента.
Когда это все было издано?
В начале 2000-х (статья 2004 года, статья 2005 года и еще одна статья 2005 года). В 2010 году вышла совсем уже свежая статья по этому вопросу, в которой мы уточняли, когда, на основании наших гипотез, должна была сформироваться Луна. Оказалось, что где-то через 50 миллионов лет после формирования Солнечной системы, за 70 миллионов лет до формирования Земли. Это время фрагментации, конечно, а полностью Луна сформировалась чуть позже. И это все научные результаты - не рассуждения, а расчеты, основанные на современных изотопных системах.
В общем, мы полагаем, что у нас сегодня есть абсолютно полноценная альтернатива модели мегаимпакта. У меня есть статья, опубликованная в журнале "Земля и Вселенная". Она немножко эпатажное название носит: "Российская гипотеза против американской". Когда я ее подавал, мне журнал говорил: наука, мол, не бывает российской или американской. Я тогда ответил, что на самом деле это не так. Потому что ученые на Западе отстаивают гипотезу мегаимпакта с таким упорством, которое носит уже даже вненаучный характер. Я подозреваю, это может быть связано с тем, что эта гипотеза уже в учебниках, она преподается в университетах. Она считается там таким же незыблемым фактом, как, не знаю, вращение Земли вокруг Солнца. Тем более что сделали все сплошь американцы.
Потом, в Америке ведь, вы знаете (мы по глупости приближаемся к этому), получение грантов очень сильно связано с тем, насколько далеко вы высовываете свой нос. Вам нужно говорить приблизительно то, что легко принять. Если вы скажете что-то совсем не похожее на то, что есть, то вы грант не получите. В экспертной комиссии всегда есть специалисты, профессора, которые уже давно преподают в вузах, - они не станут отказываться от того, чем всю жизнь занимались, только потому, что вы, видите ли, придумали что-то новое.
Все эти социальные факторы, я полагаю, тут играют не последнюю роль. В какой-то момент, я уверен, у них будет опубликована статья, похожая на нашу, но при этом будет сделан вид, что вот только что они все это и придумали. Правда, здесь им помешает, я полагаю, опубликованная сейчас нами книга.
Галимов указывает на лежащую на столе книгу, "Origin of the Moon. New Concept Geochemistry and Dynamics" ("Происхождение Луны. Новая концепция. Геохимия и динамика"). Авторы Эрик Галимов и Антон Кривцов
На русском языке у нас ее вообще нет - мы написали ее сразу на английском.
Замечу, что она называется "New Concept"...
Да, "New Concept". Мы настояли на таком названии.
Я полагаю, вы это сделали специально для западного читателя, поскольку только что вы рассказали, что концепция, в общем-то, не такая уж и новая, так ведь?
Совершенно верно, да. Более того, нам предлагали название "Theories of the Moon Origin" ("Теории возникновения Луны") - мол, такой обзор разных теорий. Мы сразу сказали, что ничего такого не будет. Мы написали именно то, что хотели написать. Geochemistry в названии - это то, что я вам рассказывал, это мое. Dynamics - это от моего соавтора, питерского математика Антона Мирославовича Кривцова.
Просто тут вот какая история. Вначале идеей страдал я сам. Потом я вовлек сюда сильных математиков и биохимиков. Был академик Мясников, математик. Академик Энеев, Тимур Магомедович, наш крупнейший баллистик, все выводы ракет в свое время - это его математические расчеты. Был член-корреспондент Забродин, он был директором вычислительного центра РАН - понятное дело, что наша работа была связана со сложными компьютерными расчетами. Он умер, к сожалению. Был мой коллега Сорокин. Был Сидоров. Мясников, Забродин, Сидоров - они все уже умерли.
Но у нас вот эта модель все-таки не очень получалась, и тут кому-то пришло в голову, что есть такой талантливый парень в Петербурге - Кривцов, который занимается динамикой частиц, молекулярной динамикой. Надо сказать, что его деятельность на первый взгляд не имела ничего общего с нашей. Но поскольку концепция у меня была связана с динамикой именно частиц, я с ним связался. Он приехал сюда, мы поговорили, и он начал над этим работать. У него в Петербурге тоже есть хорошие ребята-математики. В общем, уже довольно скоро мы эту задачу решили и получили - не сразу, конечно, но тем не менее - работающую модель. Потом проверили все на компьютере. Сначала на небольшом количестве частиц в двумерном случае. Потом количество увеличили - пошла трехмерная модель.
С точки зрения динамики, с точки зрения геохимии, то, что мы сейчас сделали, я бы сказал, достаточно безупречно. Но есть одна вещь, которую можно назвать слабостью, а можно назвать силой - в зависимости от того, как пойдет дальше. Дело в том, что существует теория аккумуляции планет, вообще-то говоря, еще до всякой Луны. Считается, что сначала были пыль и газ, потом пылинки стали расти: они соударяются, становятся больше, больше - сантиметровые, десятиметровые, астероидального размера, они сталкиваются дальше, и вот наконец образовались планеты, в том числе и Земля. Надо сказать, что этому, конечно, у нас много свидетельств, у нас есть метеориты - реальные твердые образования. Тут, кстати, и гипотеза мегаимпакта смотрится довольно естественно - была планета, а потом на нее налетела другая.
А у нас другое представление - у нас нужно, чтобы образовалось газопылевое облако, которое потом начинает сжиматься. То есть, мы-то, вообще говоря, покушаемся на проблему образования не только Луны и Земли, а вообще планет Солнечной системы. Наше представление такое, что процесс-то был не один - было фактически два параллельных процесса. Один процесс, действительно, шел по пути сталкивания отдельных фрагментов и образования твердых частиц - такая как бы твердотельная аккумуляция.
Но этот процесс был далеко не главным и носил весьма подчиненный характер по объему, по массам, которые были с этим сопряжены. Первые частицы в этом процессе возникли понятно даже как. Когда возникло Солнце, от облака осталась сфера. Вещество этой сферы начало оседать на экваториальной плоскости. Понятное дело, что первыми оседали пылинки. При этом образовался сравнительно тонкий слой такого пылевого вещества. Он теряет гравитационную устойчивость, и там начинается коагуляция, то есть образование твердых частиц.
Но еще же осталась огромная основная масса. В ней, как мы считаем, стали образовываться сгустки, газопылевые вихри. Они стали цеплять друг друга. Такой механизм, кстати, гораздо лучше традиционного объясняет ротационное направление тел - то, что все они вращаются вокруг Солнца. Потому что когда эти частицы носятся, вообще говоря, что левое, что правое вращение должно быть одинаковое. Но мы же сейчас действительно знаем, что все тела закручены в одном направлении. Вот когда у вас газовые облака - они, действительно, будут закручивать всё в одном направлении. Получается, что само образование планет было не таким, как мы привыкли считать.
Так что мы тут уже замахиваемся вообще на все, но, чтобы не дразнить гусей, мы это не выпячиваем. Просто с самого начала говорим, что исходим из того, что было газопылевое облако. Правда, в этом случае первое же, что скажут: "Э-э, какое же газопылевое облако? Вот же как образуются планеты-то, а вы про что толкуете?" То есть вот это остается дискуссионным вопросом, конечно. Наша слабость тут состоит в том, что пока реальных расчетов для подтверждения того, что планеты образуются именно так, как мы говорим, у нас нет. Эта задача мной только-только поставлена, и в этом направлении мы сейчас активно работаем.
А разве для конкурирующей гипотезы - той, которая с постепенным ростом частиц от миллиметровых до метровых, - есть полноценные компьютерные модели?
Нет, тоже нет. Но это все уже, так сказать, приняли. Поэтому мы оказались в таком положении, что нам необходимо доказывать собственную правоту. А проблемы, кстати, в их гипотезе есть. Там вот какая вещь. Если уже есть куски размером больше метра и они сталкиваются, то они действительно могут склеиться - например, потому что такой удар может привести к плавлению. А вот для маленьких пылинок такой динамической теории вообще нет. Непонятно ничего. Если вы бросите пыль, например, в космосе, никакие пылинки не склеятся. Они так и будут плавать - гравитации и гравитационного взаимодействия между ними явно недостаточно, чтобы начался процесс формирования более крупных кусков. А других сил, какой-то адгезии нет, чтобы частицы росли.
Поэтому от пыли до метра вообще нет никакой теории. Это неизвестно, и этого не может быть. Все говорят: "Пока не знаем, надо исследовать". Но мы на это тоже не претендуем, это нам не важно. Нам важно, чтобы вы согласились, что есть второй путь. Но для этого мы должны решить задачу такой турбулентной неустойчивости газопылевого облака. Пока мы, должен признаться, успеха в этом не достигли, хотя у нас есть институт прикладной математики, там есть ребята, которых я во все это вовлек, и они над этим сейчас работают, но пока никто не доложил, что получилось что-то хорошее. Это очень трудные задачи.
Кроме того, в основном все время учитывается гравитационная неустойчивость, но далеко не только гравитационные силы играют в этом роль. А, например, магнитные? Мы мало знаем о том, что происходило с магнитным полем, не знаем, что происходило и с электростатическими силами. А они должны были играть существенную роль - ведь все вещество ионизировано излучением Солнца. Это же в значительной степени плазма, только плазма не на атомном уровне. У вас бегает частица, заряженная положительно, и электроны. Поведение такого вещества фактически не изучено, нет научного переложения этих фактов - в точных терминах, уравнениях, которые можно было бы решать, например, на компьютере. Но если наш путь окажется плодотворным, то тогда мы, вообще говоря, строим совершенно новую теорию происхождения Солнечной системы. Тоже хорошо.
http://lenta.ru/articles/2012/11/02/moon/