астрономы искали другие способы определения долготы – не в последнюю очередь из-за баснословного приза, предложенного тому, кто сможет решить проблему. Многие из них обратились к Луне как к надежному средству определения долготы.
Астрономы предположили, что если бы были составлены действительно точные таблицы положения Луны по отношению к фоновым звездам, то можно было бы правильно определять время в порту отплытия. Луна находится довольно близко к Земле и быстро вращается вокруг нее, двигаясь по небосводу примерно на 13° в день. Наблюдение за Луной было довольно простым способом для того, чтобы установить местное время, а затем проделать необходимые расчеты для определения положения наблюдателя.
Однако таблицы, необходимые для выполнения такой задачи, были очень сложными, и вскоре после того как появились точные хронометры, было решено отказаться от Луны как средства для определения долготы. Но желание решить эту проблему и потенциальная возможность ее решения означали, что Луна привлекает большое внимание астрономов. В XVII в. начали появляться очень точные карты лунной поверхности.
Первое логическое объяснение происхождения Луны было выдвинуто в XIX в. Джордж Дарвин, сын Чарлза Дарвина, автора теории естественного отбора, был известным и авторитетным астрономом, который тщательно изучал Луну и в 1878 г. выступил с так называемой теорией разделения. По всей видимости, Джордж Дарвин был первым астрономом, установившим, что Луна отдаляется от Земли. На основе скорости расхождения двух небесных тел Дж. Дарвин предположил, что когда-то Земля и Луна составляли единое целое. В далеком прошлом эта расплавленная вязкая сфера очень быстро вращалась вокруг своей оси, совершая один полный оборот примерно за пять с половиной часов.
Дарвин предположил, что в дальнейшем приливное воздействие Солнца стало причиной так называемого разделения: кусок расплавленной Земли размером с Луну отделился от главной массы и в конце концов занял свое положение на орбите. Эта теория выглядела вполне разумно и стала главенствующей в начале XX в. Она подверглась серьезной атаке лишь в 1920-х, когда британский астроном Гарольд Джеф-фрис показал, что вязкость Земли в полурасплавленном состоянии препятствовала бы возникновению достаточно мощной вибрации, которая могла привести к разделению двух небесных тел.
Вторая теория, некогда убедившая ряд специалистов, называлась аккреционной теорией. Она гласила, что вокруг уже сформировавшейся Земли постепенно аккумулировался диск из плотных частиц, напоминающий кольца Сатурна. Предполагалось, что частицы этого диска в конечном счете объединились и образовали Луну. Существует несколько причин, в силу которых такое объяснение не может быть удовлетворительным. Одной из главных является угловой момент движения системы Земля – Луна, который никогда не стал бы таким, как он есть, если бы Луна образовалась из аккреционного диска. Существуют также затруднения, связанные с образованием океанов расплавленной магмы на «новорожденной» Луне.
Третья теория о происхождении Луны появилась примерно в то время, когда были запущены первые лунные зонды; она получила название теории целостного захвата. Предполагалось, что Луна возникла вдалеке от Земли и стала блуждающим небесным телом, которое попросту было захвачено земным тяготением и вышло на орбиту вокруг Земли.
Теперь эта теория тоже вышла из моды по нескольким причинам. Соотношение изотопов кислорода в горных породах на Земле и на Луне убедительно доказывает, что они возникли на одном расстоянии от Солнца, чего не могло быть в том случае, если бы Луна сформировалась в другом месте. Существуют также непреодолимые трудности в попытке построения модели, в соответствии с которой небесное тело размером с Луну могло бы выйти на стационарную орбиту вокруг Земли. Такой огромный объект не мог аккуратно «подплыть» к Земле на малой скорости, словно супертанкер, швартующийся к пристани; он почти неизбежно должен был врезаться в Землю на большой скорости или пролететь рядом с ней и устремиться дальше.
К середине 1970-х все предыдущие теории формирования Луны по той или иной причине столкнулись с трудностями. Это привело к созданию практически немыслимой ситуации, когда прославленные эксперты могли публично признать, что они просто не знают, как или почему Луна оказалась на своем месте. Известный научный автор Уильям К. Хартманн, ведущий ученый Института планетологии в Таксоне, штат Аризона, сказал в своей книге (1986 г.) «Происхождение Луны»:
Из этой неопределенности родилась новая теория, которая в настоящее время считается общепринятой, несмотря на некоторые серьезные вопросы. Она известна как теория «большого столкновения».
Идея возникла в Советском Союзе в 60-х гг. у русского ученого B.C. Савронова, который рассматривал возможность возникновения планет из миллионов астероидов разного размера, называемых планетзималями.
В ходе независимого исследования Хартманн вместе со своим коллегой Д.Р. Дэвисом предположил, что Луна образовалась в результате столкновения двух планетных тел, одним из которых была Земля, а другим – блуждающая планета, размером не уступавшая Марсу. Хартманн и Дэвис полагали, что две планеты столкнулись специфическим образом, в результате чего произошли выбросы вещества из мантии обоих небесных тел. Это вещество было выброшено на орбиту, где постепенно объединилось и уплотнилось для формирования Луны.
На первый взгляд, такое предположение имеет много достоинств. Прежде всего оно решает главный вопрос, возникший после доставки на Землю образцов лунной породы: почему состав Луны так сходен с составом Земли, но лишь частично?
Анализ лунных пород показал значительное сходство с породами, образующими мантию Земли, однако Луна гораздо менее массивна, чем Земля, с учетом их относительного размера (Земля лишь в 3,66 раза больше Луны, но имеет в 81 раз большую массу). Было ясно, что на Луне отсутствуют многие тяжелые элементы, содержащиеся в недрах Земли, и теория «большого столкновения» как будто объясняла причину этого явления. Земля и блуждающая планета столкнулись очень необычным образом. Хотя в конечном счете они образовали одну планету, предполагалось, что сначала они столкнулись, разошлись в стороны, а потом снова соединились. Компьютерное моделирование показало, что при этих специфических обстоятельствах возможен выброс мантийного материала из-под корового слоя обоих небесных тел.
Хотя эта теория постепенно овладела умами, сначала она казалась такой невероятной, что была отвергнута в целом. Но дальнейшие исследования показали, что даже такой маловероятный сценарий мог иметь место. В 1983 г. состоялось международное совещание в Коне (Гавайские острова), целью которого была попытка решения проблем, связанных с происхождением Луны. Именно на этом совещании теория «большого столкновения» начала завоевывать очки. Собственные размышления Хартманна наряду с мнениями других ученых, присутствовавших на совещании, образовали ядро книги «Происхождение Луны» (1986) под редакцией самого Хартманна.
