Катастрофи в ранній історії системи Земля – Місяць

Зараз багато вчених вважають, що западини місячних морів і деяких кратерів — сліди ударів об поверхню Місяця колись існуючих супутників Землі. Ці численні супутники стикалися з Місяцем, коли той під дією приливного тертя поступово відсувався від Землі. Про те, як відбувалося зіткнення Місяця з супутниками і які місячні катастрофи пов’язані з цим, розказано в статті американських вчених Н. Баррічеллі і Р.Меткафа, опублікованій в журналі «Icarus».

Чи могли удари великих тіл викликати розплавлення речовини Місяця або ж лава, що заповнила моря, має ендогенне походження? Щоб відповісти на це питання, Баррічеллі і Меткаф розрахували максимальну температуру всередині кратера, утвореного в результаті удару тіла об місячну поверхню. Ця температура залежить від кінетичної енергії падаючого тіла, тобто його швидкості, а також від температури тієї області Місяця, куди тіло впало. За оцінками Баррічеллі і Меткафа, швидкість зіткнення Місяця з супутниками Землі не перевищувала 2-2,5 км/сек. Якщо супутник, що має температуру 0° С, падає зі швидкістю 2,4 км/сек на поверхню Місяця, причому в місці падіння температура поверхні теж становить 0° С, то центральна область виниклого кратера розігрівається не більше ніж на 400-500 ° С.

Якщо ж температура верхніх шарів місячної поверхні 500° С, то максимальна температура в кратері повинна бути 800-900° С. Розігрітися до температури плавлення силікатних порід (1250° С) центральні області кратера можуть лише в тому випадку, якщо до моменту удару температура місячної речовини досягає 1000° С, а діаметр кратера — не менше 50 км. Таким чином, у великих кратерах і морях лава з’явиться в результаті ударів тільки тоді, коли оболонка Місяця вже близька до розплавлення, тобто лава має ендогенне походження.

На Місяці є моря, які були затоплені лавою відразу після удару тіла, що утворило западину моря, а є й такі, де вилив лави, на думку деяких вчених, відбувся набагато пізніше. До перших відноситься Море Дощів, а до других, як вважає відомий американський дослідник планет Д. Койпер,— Море криз і Море ясності. З внутрішнього басейну Моря Дощів відбувся найбільший на Місяці вилив лави, що затопив не тільки западину моря, а й Океан Бур, та інші ділянки місячної поверхні.

А чи може утворитися лава при ударі тіл, що прилітають до Місяця, наприклад, з пояса астероїдів? Такі тіла падають на місячну поверхню зі швидкістю більше 10 км/сек, тобто їх кінетична енергія дуже велика. Згідно з розрахунками Баррічеллі і Меткафа, вже при швидкості падіння тіла 6 км/сек температура в утвореному кратері досягає 2200° С. При такій температурі силікати випаровуються. Удари астероїдів повинні викликати в основному не плавлення місячної речовини, а випаровування і вибухи, при цьому значна частина речовини повинна викидатися в простір або далеко за зовнішні вали кратерів. При зіткненнях астероїдів з Місяцем утворилися, мабуть, кратери Тихо, Коперник, Кеплер і Аристарх.

Всі місячні моря, походження яких пов’язують з ударами супутників Землі, розташовані в екваторіальному поясі між 30° п. ш. і 50° пн. ш. Це, на думку Баррічеллі і Меткафа, свідчить про те, що орбіти супутників лежали майже в одній площині з орбітою Місяця і її екватором. Передбачається, що останніми великими морями, що виникли на зверненій до Землі стороні Місяця, були Море криз (діаметр супутника, що впав 150 км), Море ясності (210 км) і Море Дощів (345 км). Найбільший супутник, який утворило Море Дощів, ймовірно, зруйнувався, ще не досягнувши місячної поверхні: припливні сили Місяця «розірвали» супутник, коли він пролітав всередині межі Роша. Деякі уламки супутника, що впали на місячну поверхню, утворили затоку Веселки, кратери Архімед і Платон і, можливо, окремі кратери далеко від зовнішнього валу Моря Дощів.

Баррічеллі і Меткаф оцінили ймовірність зустрічі Місяця з невеликим периферійним супутником Землі, який обертається по орбіті повільно зростаючого радіуса. Ввівши деякі спрощення, вчені розрахували, що збурююча дія Місяця на супутник мала, поки радіус місячної орбіти (орбіта Місяця передбачалася круговою) залишається менше половини великої півосі орбіти супутника. В іншому випадку, збурення Місяця змінять ексцентриситет орбіти супутника і стануть можливими зближення супутника з Місяцем. Результати зближення можуть бути різними: або супутник перейде з зовнішньої по відношенню до Місяця орбіти на внутрішню (або навпаки), або супутник буде викинутий зі сфери впливу Землі, або супутник зіткнеться з Місяцем або з Землею. Для супутника Землі, що рухається випадковим чином у гравітаційному полі системи Земля—Місяць, зіткнення з Місяцем малоймовірне. Але для супутника, що знаходиться на зовнішній по відношенню до Місяця орбіті, площина якої близька до площини місячної орбіти, можливість зіткнення з Місяцем значно збільшується.

При цьому, переважна кількість зіткнень супутників з Місяцем припадає на зворотний бік Місяця. Супутники з малим нахилом орбіт падають переважно в екваторіальному поясі Місяця, тому найбільш вірогідне утворення найбільших «ударних» морів на зворотному боці Місяця. Але на видимій стороні їх зараз більше. Чому?

Баррічеллі і Меткаф спробували дати відповідь і на це питання. Припустимо, що в епоху утворення морів обертання Місяця було вже загальмованим приливними силами до «пов’язаного» стану, коли періоди обертання навколо осі і обертання по орбіті збігаються. Удар великого супутника, який породив Море Дощів, повинен був вивести Місяць зі стану «пов’язаного» обертання, передавши йому додатковий момент. Якщо удар був сильно похилим (що дуже ймовірно), то Місяць міг почати обертатися навколо осі з періодом 21 добу. До Землі повинні були повертатися обидві півкулі Місяця, поки дія приливних сил знову не змусила її перетворити обертання в «пов’язане». Особливості динамічної фігури Місяця могли привести до того, що до Землі назавжди повернулася півкуля, що була колись «зворотною» стороною Місяця.

Автор: Е. Л. Рускол, кандидат фізико-математичних наук.