Когда у Земли было две Луны. Планеты-каннибалы, ледяные гиганты, грязевые кометы и другие светила ночного неба - [94]
Возможно, вы сталкивались с аналогией, в которой воздействие гравитации на пространство-время сравнивают с углублением, которое любой предмет образует в натянутом листе эластичного пластика. Солнце – словно тяжелое ядро в центре такого листа, а планеты обращаются вокруг этого искривления пространства-времени, как монета, скатывающаяся вниз по огромной воронке вроде тех, которые устанавливают в аэропортах для сбора мелочи на благотворительные нужды. Гравитация – это градиент этого потенциального поля. В таком случае Юпитер становится чем-то вроде стального шара, который, обращаясь вокруг Солнца, создает собственное углубление. Теперь у нас есть два углубления, одно из которых обращается вокруг другого.
Далее предположим, что вы хотите следить за движением этих углублений и для простоты всегда помещаете Юпитер с правого края диаграммы. (Это не проблема, пока вы помните, что диаграмма вращается.) Вы можете записать для этой вращающейся системы все физические уравнения, если учтете фактор карусели, так называемые силы Кориолиса. Мяч (иначе говоря, планета), который вы бросите прямо в такой системе (то есть на карусели), не полетит по прямой, а начнет сворачивать. Сложив постоянно действующие силы тяготения и силы Кориолиса, в дополнение к двум большим углублениям в эластичном листе вы получите еще два поменьше – на 60° впереди и позади планеты. Они известны как троянские точки L>4 и L>5. В этой вращающейся системе отсчета есть и еще три точки равновесия, но они являются не углублениями, а скорее плато и перевалами: L>1, L>2 и L>3 (все пять вместе называются точками Лагранжа).
В троянских точках скапливается вещество, хотя это может быть и временным явлением. У Юпитера мы обнаружили уже 7000 троянских астероидов. У Марса есть несколько штук, в основном в точке L>5. У Нептуна их тоже несколько, в основном впереди планеты, в L>4. У Земли имеется только один известный троянский астероид диаметром в несколько сотен метров. У Венеры он тоже один, причем находится на сильно петляющей «орбите-головастике», возможно нестабильной. Малое количество троянцев у Венеры и Земли свидетельствует… о чем-то.
Троянские точки могут обеспечивать малым телам определенную защиту. Астероиды и кометы, которые оказываются на орбите, отстоящей от Солнца примерно на 5 а.е., скорее всего, врежутся в Юпитер или будут выброшены из системы, если только не окажутся захваченными как троянцы и не поселятся в некоем бермудском треугольнике, ограниченном сильными динамическими потоками. Троянские астероиды Юпитера стали целью предстоящего полета американского космического аппарата «Люси». Главный научный вопрос этой экспедиции – являются ли эти астероиды первоначальными деталями, оставшимися от формирования Юпитера, или они были захвачены гораздо позже. В любом случае они представляют собой кладезь информации о том, как возникли наши планеты[302].
Это возвращает нас к образованию Луны. Представим себе Землю и эту тяжелую Протолуну, которая сформировалась примерно в трех земных радиусах от нее. Нарисуем для них такую же вращающуюся диаграмму, разместив Землю в центре, а Протолуну – справа (там, где раньше был Юпитер). Протолуна находится очень близко к Земле и составляет одну сотую от ее массы, так что троянские точки L>4 и L>5, два дополнительных углубления, будут достаточно заметными. Так начинается история о двух лунах.
Спутник, который обращается вокруг планеты, меняет ее гравитационное поле. Изображая спутник справа, вы должны учесть силы Кориолиса. Когда вы это сделаете, силовые линии постоянного потенциала пролягут так, как на рисунке; они выглядят как линии обычного гравитационного поля, за исключением минимумов в троянских точках (L4 и L5, сверху и снизу), где может происходить захват вещества, обращающегося по орбите спутника. Есть и другие точки Лагранжа, например L1 между двумя телами и L2 сразу за спутником.
Erik Asphaug, gnuplot
Формирование Земли уже завершилось, но она представляет собой бурлящий хаос, тогда как Луна быстро собирается из протолунного диска. Маленькие тела попадают в ловушку около троянских точек системы Земля – Луна. Сатурн, будучи единственной планетой, в системе которой на сегодняшний момент есть троянские спутники, дает нам примеры того, что могло происходить. Калипсо и Телесто в два раза различаются по массе и делят свою орбиту с Тефией. Елена и Полидевк различаются по массе в 2000 раз и делят орбиту с Дионой. Если судить по этим данным, троянские спутники на орбите Луны могли отличаться по массе в 10–100 раз. Что важно, они должны были образоваться из того же материала, что и Луна, но совсем без железа.
Этот сценарий с двумя лунами основан на вполне вероятных исходах гигантских столкновений, но нам все равно нужно было задать некоторые параметры. Диаметр первого троянского спутника должен составлять примерно треть от диаметра Луны (соотношение масс 1 к 30), чтобы соответствовать дополнительному слою коры на обратной стороне, а второй, скорее всего, был во много раз меньше
