Как образовались кратеры на Луне?
Иллюстрация Генриха Валька к книге «Незнайка на Луне», 1967
Основные гипотезы помнят все, кто читал «Незнайку на Луне»: или это следы от столкновений с астероидами, или жерла вулканов, а у Знайки была своя остроумная блинная теория. Разбираемся, кто же из них оказался прав.
Вулканисты, метеоритчики и Знайка
Знайка свою теорию придумал, когда жарил блины: наливаем тесто, оно жидкое и ровное — а через минуту уже всё в круглых оспинах и своим видом напоминает лунную поверхность. Знайка и предположил, что на Луне всё происходило ровно так же: когда-то она была горячей, поверхность кипела, а по мере остывания отвердевала, но следы от лопнувших на поверхности пузырей остались — это и есть наши кратеры. Конечно, Знайке досталось и от вулканистов, и от метеоритчиков: кто ж откажется от своей теории в пользу чьей-то чужой? В науке так не принято. Разве что под давлением неопровержимых доказательств.
Вулканическая теория возникла в 1665 году, когда английский астроном Роберт Гук исследовал Луну в телескоп и смог внимательно изучить строение кратеров. Гук предположил, что это вулканы (ну, или результат взрывов газов под лунной поверхностью — почти одно и то же). С его версией быстро согласились: во-первых, кратеры и правда похожи на вулканы! Во-вторых, никакой другой убедительной гипотезы всё равно никто не предложил. В итоге вулканисты доминировали почти три столетия. Пока в XX веке не пришли метеоритчики со своими аргументами. Вот такими:
У кратера идеально круглая форма — у земных вулканов такой почти никогда не бывает. Это раз. Лучи: от многих кратеров расходятся полосы на сотни километров — для вулкана такое нехарактерно. Это два. Наконец, наличие центральных пиков: в середине кратера нередко насыпана горка, а у вулканов такое не встречается. Фигня ваша теория! Это метеориты дырок понаделали, какие ещё вулканы!
Первым эту гипотезу высказал геолог Гроув Карл Гилберт, а обосновал её в 1960-х Юджин Шумейкер, описавший физику процесса.
Как родятся кратеры
Подлетает такой астероид, скорость — от 10 до 70 км/с, — и ба-бах об Луну! Что дальше:
Фаза первая — сжатие и расплав. Тело и породы в точке удара испытывают давление в миллионы атмосфер. За доли секунды вещество нагревается до десятков тысяч градусов, частично испаряется, частично плавится.
Фаза вторая — выброс. Ударная волна выбрасывает массы породы симметрично во все стороны от центра столкновения, основная масса ложится вокруг кратера валом, часть особо энергичной породы улетает далеко вперёд, образуя те самые лучевые системы, расходящиеся на сотни километров.
Фаза третья — обрушение и отскок. Стенки свежего кратера оказываются неустойчивы и частично обрушиваются, а часть материи на дне кратера отскакивает вверх, образуя ту самую горку посередине.
Итог: чаша с валом, лучами и пиком в центре. Именно то, что мы видим на Луне. Удивительное следствие теории: чаши получаются круглые, даже если метеорит бомбит не перпендикулярно поверхности, а под углом. Интуитивно ожидаешь, что в этом случае они будут какой-то другой формы (например, эллиптической) — но нет, вал ложится ровно по окружности.
Какие ваши доказательства
В теории красиво, но без пруфов метеоритчики вулканистов не одолели бы. И пруфы вскоре подъехали! Причём в буквальном смысле: в виде образцов лунного грунта, привезённого миссиями «Аполлон» (1969–1972). Во-первых, в них обнаружили коэсит и стишовит — формы кварца, образующиеся только при экстремальном давлении. Во-вторых, рутений и молибден с изотопным составом, характерным для астероидов — то есть не лунного происхождения. После этого вулканисты были повержены, но окончательно метеоритчики восторжествовали в 2013 году, когда телескопы NASA записали на камеру рождение нового кратера: метеорит диаметром около 0,3 метра врезался в Луну со скоростью 56 000 км/ч и оставил на её поверхности свежий рубец — и на съёмке происходит ровно то, что предсказала теория. Правда, кратер получился довольно скромный, всего 18 м в диаметре, но выглядит так же, как и гиганты вроде Тихо или Коперника.