Самый верхний слой Луны состоит из слабо связанных, мелких фрагментов. В морских районах средний размер отдельных лунных зерен составляет 0,08—0,10 миллиметра, а в материковых местах — около 0,07—0,08 миллиметра. Верхний слой (реголит) вплоть до глубины нескольких миллиметров представляет собой рыхлый пылевидный порошок. Ниже к нему примешиваются осколки скальных пород различных размеров.
Структура поверхностного слоя характеризуется высокой степенью пористости. Даже на глубине 35 сантиметров пористость достигает 50–60 процентов. Это объясняется тем, что около 40 процентов частиц мелкой фракции представляют собой брекчии — сцементированные, спекшиеся структуры сложной формы. Среди более крупных фрагментов брекчии составляют 15–20 процентов от общего числа зерен.
В верхнем слое грунта были обнаружены многочисленные стеклянные зерна сферической или гантелевидной формы. Размер их не превышает 20 микрон, а по весу они составляют всего лишь 0,01 процента. Однако на каждый килограмм лунного грунта приходится около 40 тысяч подобных частиц. Эти стеклянные зерна и придают лунному грунту своеобразный искрящийся блеск.
Ученые изучили доставленные на Землю образцы лунного грунта: их химический состав, структуру, степень дисперсности, физико-механические свойства и т. д. Отдельно удалось проанализировать и обнаруженные в лунном грунте стеклообразные шарики, которые, как считается, могли образоваться при частичном расплавлении лунного грунта в момент удара микрометеоритов.
Лабораторные исследования выявили различия в составе образцов даже из одного и того же района Луны. Однако ученые выделили ряд наиболее характерных для данного района образцов, которые сходны по составу с образцами других участков лунной поверхности.
В таблице 3, взятой нами из работы Викторова С. В. и Чеснокова В. И., приведены данные о химическом составе нескольких типичных образцов лунного грунта, доставленного на нашу планету по программам «Луна» и «Аполлон» как из морских, так и из материковых районов Луны.
Суммарное содержание в лунном грунте элементов, приведенных в таблице 3, а также фосфора, серы и хрома обычно составляет приблизительно 99 процентов. В количестве от 0,1 процента до 0,02 процента в грунте присутствуют также цирконий, барий, никель, иттрий и, стронций. В еще меньших количествах обнаружены ванадий, ниобий, кобальт, медь, рубидий, углерод и некоторые другие химические элементы.
Ученые выявили общие закономерности строения всей лунной поверхности, различия морских и материковых районов, а также сходный характер образования и эволюции разных «морей» независимо от местоположения того или другого исследованного района поверхности.
Определение абсолютного возраста образцов лунных пород позволило создать примерную шкалу времени формирования глобальных регионов Луны.
Оказалось, что геологический возраст (другими словами, время кристаллизации) исследованных образцов находится в пределах от 3,2 до 4,6 миллиарда лет. Образцы из морских районов имеют возраст 3,2–3,6 миллиарда лет, а из материковых или континентальных мест — 3,9–4,0 миллиарда лет, В то же время возраст поверхностного слоя (реголита) и некоторых отдельных образцов лунной породы оказался равным 4,5–4,6 миллиарда лет Все эти и некоторые другие данные позволяют составить вполне определенное представление об истории развития Луны.
Однако самыми важными и принципиальными для ученых оставались проблемы, связанные с происхождением и дальнейшей эволюцией Луны, которые мы рассмотрим ниже…
До начала исследований Луны с помощью космических аппаратов в научном мире обсуждались три основные группы гипотез ее происхождения, смысл которых сводится к следующим постулатам:
— отделение Луны от Земли,
— захват Луны земным тяготением с другой орбиты,
— образование Луны в едином процессе с Землей.
Одна из первых гипотез происхождения Луны была предложена в 1879 году английским астрономом Джорджем Дарвиным, который являлся вторым сыном известного ученого Чарлза Дарвина. Дж. Дарвин, занимавшийся изучением морских приливов, для подтверждения своей гипотезы использовал математические расчеты и геофизическую теорию.
В те времена считали, что Земля начала свое существование в виде горячей жидкой массы, а Луна — это отделившаяся от первичного земно-лунного тела «капля», то есть часть его массы, которая после остывания и стала Луной. Причем даже указывалось предполагаемое место такого отрыва — бассейн теперешнего Тихого океана.
Считалось, что механической основой первой гипотезы являлось представление о возможности плавного разделения вращающегося жидкого тела. Однако это положение было в свое время опровергнуто теоретическими расчетами известного русского математика А. М. Ляпунова, после чего эту теорию стали считать маловероятной. Сторонники же гипотезы Дж. Дарвина приводят в ее подтверждение в основном космохимические доводы, преднамеренно умалчивая о других химических данных, которые с ней, скажем прямо, очень плохо согласуются.
В разных вариантах эта теория была трижды воскрешена в XX веке. Одна из таких гипотез, в частности, приписывала крупному протопланетному объекту слишком большой угловой момент вращения и получила известность как гипотеза отделения и коагуляции.
Однако все варианты этих гипотез оказались несостоятельными при объяснении существующего расстояния в системе «Земля — Луна», а также необычайно большого углового момента этой системы. Если эта первая гипотеза была бы верна, то получалось, что в прошлые времена прото-Земля должна была иметь в четыре раза больший угловой момент, чем имеет его в настоящее время вся система «Земля-Луна». Период же обращения такой системы должен был составлять всего лишь, четыре часа, но эта величина кажется нереальной.
Различные программы космических исследований Луны также «сработали» против гипотезы отделения и коагуляции. При внешне кажущемся сходстве Земли и Луны их никоим образом нельзя назвать «близнецами». Если бы Луна образовалась из мантийно-корового вещества прото-Земли, то элементный состав этих двух небесных тел был бы идентичен. Однако лунная кора, как оказалось, очень бедна такими элементами, как фосфор, кобальт, молибден, никель и вольфрам. И напротив, она очень богата так называемыми тугоплавкими элементами и окислами (алюминия, кальция, магния, титана и т. п.).
В заключение хотелось бы сказать, что конференция, посвященная происхождению Луны, состоявшаяся на Гавайских островах в октябре 1984 года, после анализа всех имеющихся по этим вопросам данных поставила на этой теории крест.
Вторая гипотеза в своем обычном виде предполагает возможность захвата (в результате воздействия земного поля тяготения) готовой Луны при ее близком прохождении от Земли. Эта гипотеза была предложена австрийцем X. Гестеркорном в 1955 году Она постепенно привела специалистов к убеждению в том, что если Луна и была захвачена, то находилась она при этом всегда где-то рядом с Землей. Как предполагал X. Гестеркорн, это произошло около 2 миллиардов лет назад.
Самое интересное, что имеются факты (см. публикацию «Захват Луны…» в альманахе «Знак вопроса» № 2 за 1997 год), свидетельствующие о том, что Луна появилась на земной орбите относительно недавно… Об этом говорят, в частности, мифы народов нашей планеты. Скажем, у австралийских аборигенов и центрально-американских индейцев есть предания о том, как горящий предмет, что-то вроде гигантской кометы, становится Луной.
Кроме того, у китайцев известно предание о том, что существует некая планета, которая управляет временами года, месяцами и днями. И действительно, вызванное появлением на околоземной орбите Луны изменение наклона земной оси определяет в настоящее время смену времен года, а замедление вращения нашей планеты, вызванное лунными приливами, приводит к увеличению продолжительности земных суток. У многих других народов деление года на месяцы также производится в соответствии с фазами Луны.
К сказанному остается добавить, что у палеоазиатских народов и индейцев Северной Америки существуют предания о том, что раньше на Земле не было морских приливов и отливов, вызываемых Луной. А шаманы Бирмы утверждают, что и солнечных затмений некогда тоже не было.
Главный смотритель Александрийской библиотеки Аполлоний Родосский сообщал, что было время, когда Луны на небе не существовало. Об этом он узнал из рукописей III века н. э. «О долунном периоде».
Исходя из всех вышеперечисленных фактов, в том числе с учетом высказывания Аполлония Родосского, возможно приблизительно определить, когда могло произойти данное событие. Все данные говорят о том, что случилось оно 11–13 тысяч лет тому назад.
Но вернемся к обсуждению гипотезы.
Вероятность «сближения» двух небесных тел, о котором говорилось выше, является практически ничтожной. В связи с этим абсолютно неверно думать, будто бы гипотеза захвата позволяет объяснить различия в составе Земли и Луны, так как допускает образование Луны на ином, чем Земля, расстоянии от нашего дневного светила. В действительности эта гипотеза требует, чтобы наш естественный спутник сформировался в той же зоне, где образовалась и Земля.
Третьей гипотезой стало очень неудачное предположение о совместном образовании Земли и Луны. Эта гипотеза двойной планеты, или бинарная гипотеза, была основана на идеях немецкого философа И. Канта (1.724—1804) и французского физика П. С. Лапласа (1749–1827) и выдвинута рядом независимых исследователей.
Например, в 1950 году она была предложена известным советским ученым О. Ю. Шмидтом. Согласно версии О. Ю. Шмидта, Луна (так же как спутники некоторых других планет) аккумулировались в окрестностях растущей Земли. Это происходило из околоземного роя тел и частиц, непрерывно пополнявшегося в период формирования (холодного слипания) Земли, как говорится, полномочными «представителями» из околосолнечного роя тел и частиц. Такая схема образования нашего спутника позволяет объяснить те или иные различия в составе Земли и Луны.
Некоторые из вышеизложенных гипотез утратили свое значение для ученых, так как не были подтверждены фактами. Так, например, результаты геохимического исследования образцов лунного грунта почти не оставляют сомнений, что Луна и Земля могли возникнуть одновременно около 4,6 миллиарда лет назад и формировались в процессе аккумуляции твердых тел при низких или довольно умеренных температурах.
Следует заметить, однако, что среди разнообразных гипотез о происхождении Луны не появилось ни одной, которая объяснила бы угловой момент всей системы, а также малую плотность вещества Луны в сравнении с плотностью других планет с твердой поверхностью, например, Марса и Меркурия.
После анализа данных, полученных прямыми исследованиями Луны с помощью космических аппаратов, появилась гипотеза Большого удара…
В 1975 году геохимики Института по исследованию планет города Тайсон (штат Аризона, США), Уильям Хартман и Дональд Дэвис, разработали теорию происхождения Луны в результате столкновения Земли с крупным небесным телом. В процессе этого грандиозного столкновения и «выплеснулась» Луна из состава частично расплавленной Земли.
К такой гипотезе У. Хартмана подтолкнули работы советского ученого В. Сафронова. Этот ученый утверждал, что космическая пыль и камни, крутящиеся вокруг Солнца, беспрерывно сталкиваясь, сплавлялись в большие крупные образования вроде астероидов, из которых в конце концов «выросли» планеты Солнечной системы.
В 1974 году У. Хартман на конференции в Корнелльском университете впервые обнародовал свою идею и был поражен тем, что его поддержал глава гарвардских астрофизиков Эластейр Камерон. Этот ученый сообщил присутствовавшим, что он и его коллега Уильям Уорд иным путем пришли к тем же выводам.
Несмотря на достаточно мощную поддержку Э. Камерона, большинство ученых проигнорировали теорию Хартмана — Дэвиса, поскольку она казалась слишком радикальной даже тем, кто признавал возможность катастроф огромного масштаба.
Однако прошло всего десять лет и эту теорию поддержали многие ученые. Об этом, в частности, свидетельствует упомянутая нами выше конференция планетологов на Гавайях в 1984 году, которая признала теорию Хартмана — Дэвиса единственно правильной. А энтузиасты происхождения Луны в результате столкновения Земли с «блуждающей по Солнечной системе» планетой — Э. Камерон и Р. Кэнап — считали, что «отец Луны» был величиной в три Марса!
Образование Луны произошло в результате… столкновения 4,4 миллиарда лет назад, при этом часть внутреннего ядра «блуждающей планеты», содержащая значительное количество железа, соединилась с Землей. Другая же часть, богатая более мелкими силикатами, осталась на околоземной орбите и впоследствии образовала Луну. Компьютерное моделирование подтвердило основные положения «ударной» версии образования естественного спутника нашей планеты.
Но, к сожалению, свидетельств достаточно полного расплавления Земли, позволившего «родиться» Луне, обнаружить не удалось. В частности, кристаллизация земных пород после такого грандиозного события должна была бы происходить совершенно иначе. Так, например, в хондритах — самом древнем веществе на Земле — наблюдались бы отсутствующие определенные искажения. И, наконец, еще одно немаловажное обстоятельство: возраст Луны не должен был превышать возраст Земли…
Итак, среди ученых не существует единого мнения относительно происхождения Луны. Поэтому для «любителей» выдвигать гипотезы и версии остается широкое поле для творчества.
Рассмотрим некоторые из гипотез.