Наука плоского мира IV: Судный день - Терри Пратчетт

Этот процесс немного похож на природный лазер, в котором каскады фотонов, движущихся туда-обратно между зеркалами, по ходу своего движения способствуют генерации все большего числа новых фотонов до тех пор, пока их энергия не станет настолько большой, что им удастся проникнуть наружу сквозь одно из зеркал. Роль зеркал играют верхняя и нижняя границы облака, только вместо фотонов, отскакивающих туда-обратно, облако гоняет электроны вверх, а позитроны вниз. К 2005 году эта теория была основательно проверена. Космический телескоп гамма-излучения им. Ферми в настоящее время обнаружил пучки заряженных частиц, которые испускаются грозовыми облаками и преодолевают тысячи миль вдоль силовых линий магнитного поля Земли. Значительную долю этих частиц составляли позитроны.

Описанное открытие выставляет грозовые облака в новом свете. Молот Тора не просто высекает искры (молнии) и создает шум (гром) он еще и создает антиматерию. Такое открытие невозможно сделать, просто выставляя на показ податливые объяснения в духе сверхъестественных сил. Оно стало возможным благодаря тому, что ученые постоянно высказывают сомнения в отношении известных «фактов».

Даже уже знакомые нам первопричины могут со временем давать начало новым историям. В поисках рациональных объяснений первопричин, наука нередко меняет парадигму в ответ на новые факты или новые идеи. Происхождение Земли и Луны прекрасный тому пример, в котором имеют место любопытные перипетии. Одной из них оказалась неспособность в краткосрочной перспективе изменить парадигму под влиянием новых фактов.

В данном случае главной проблемой стал избыток, а вовсе не недостаток фактов. Мы можем изучить структуру Земли, обратить внимание на летопись окаменелостей и отправиться за образцами на Луну. Однако все это богатство эмпирических данных в определенном смысле лишь осложняет дело. Что оно означает? Спустя 4,5 миллиарда лет мы пытаемся восстановить картину событий. На тот момент возраст Вселенной составлял около 9 миллиардов лет (согласно теории Большого Взрыва, и еще больше, если верить наиболее распространенным альтернативным теориям). Во всех космологических теориях состояние Вселенной усложняется со временем. Таким образом, к моменту появления нашей Солнечной системы поблизости скопилось приличное количество стройматериалов.

Исходя из данных, доступных для наблюдения в настоящее время, нам приходится делать вывод о том, как в результате агрегации всей этой материи возникла система Земля-Луна. К таким наблюдения относятся данные об астероидах, Солнце и других планетах, а также детальная информация о структуре Земли и Луны. (Мы говорим о Луне в единственном числе, однако по одной из недавних гипотез на определенном этапе у Земли могло быть как минимум две луны). Очевидно, что до определенного момента Земля не существовала, а затем появилась. Луна сформировалась спустя несколько сотен миллионов лет. Их происхождение тесно связано друг с другом, и мы не сможем объяснить одно, не затрагивая другого.

Главная проблема, связанная с происхождением Луны и зарождением Земли, заключается в том, что лунные породы едва уловимыми деталями химической структуры довольно сильно напоминают земную мантию. Так называет толстый слой горных пород, расположенных непосредственно под континентальной и океанической корой, над железным ядром. В частности, соотношение изотопов некоторых элементов одинаково в обоих случаях. Такое соотношение слишком маловероятно, чтобы его можно было увязать с более ранними теориями происхождения Луны например, о формировании обоих небесных тел из первичного пылевого облака, окружавшего Солнце, или о том, что Луна, пролетавшая мимо Земли, была захвачена ее гравитационным полем. Джордж Дарвин, один из сыновей Чарльза Дарвина, предположил, что Луна отделилась от быстро вращающейся Земли, однако механические свойства такой системы в частности, энергия и момент импульса, характеризующий количество вращательного движения, не сходятся с расчетными значениями. Кроме того, образование Земли и Луны не ограничивалось простым сгущением пыли. По современным представлениям астро- и геофизиков Земля возникла за счет агрегации множества крошечных планетезималей, которые входили в состав огромного диска, окружавшего Солнце на этапе его формирования. Теперь мы располагаем достаточно хорошими телескопами, чтобы увидеть несколько подобных дисков вокруг молодых солнц, расположенных в соседних звездных системах; таких примеров известно немало, так что теория, по всей видимости, соответствует действительности.

В период с 2000 и до середины 2012 года астрофизики и геофизики в общем и целом были согласны с тем, что Луна возникла в результате колоссального столкновения между молодой Землей и неким объектом, который по размеру примерно соответствовал Марсу. Они назвали объект Тейей в честь матери лунной богини Селены. В результате столкновения значительная часть Земли и почти вся Тейя превратились в пар. Большая часть пара вновь сконденсировалась в области лунной орбиты и, слившись в единое целое, образовала Луну. Из оставшегося пара сформировалась земная мантия в этом и заключается причина сходства. В качестве приятного бонуса та же самая теория объясняет большую величину момента импульса в системе Луна-Земля.

Однако со временем в теории Тейи стали возникать проблемы. Столкновение с Тейей бы так сильно раскалило поверхность Земли, что почти вся вода должна была превратиться в пар. Современное состояние океанов, по-видимому, опровергает это предположение. Поэтому для спасения Тейи потребовались дополнительные предположения. Вероятно, в древности на планету упало несколько ледяных астероидов, благодаря которым вода снова вернулась на Землю; возможно также, что испарившаяся вода в любом случае бы выпала на землю в виде осадков. Тем не менее, ряд древних горных пород, обнаруженных в Австралии, по всей видимости, указывает на то, что около четырех миллиардов лет тому назад наша планета была покрыта огромным количеством воды, а значит, с момента формирования Луны, вероятно, прошло слишком мало времени, чтобы столкновение таких колоссальных масштабов имело место в действительности.

Мы описали теорию Тейи в «Науке Плоского Мира» 1999 года, однако сомнения взяли верх еще до выхода второго издания в 2002 году. Основная проблема была связана с новыми компьютерными моделями описанного столкновения. В первых моделях, на основе которых и была сформулирована теория Тейи, было показано, как огромный фрагмент отрывается от Земли, а затем делится на две части. Одна из этих частей превратилась в Луну, а вторая упала обратно на Землю и сформировала мантию. Тейя перемешалась с обеими частями, причем в одной и той же пропорции это и объясняло тот факт, что Луна и земная мантия имеют один и тот же химический состав.

С другой стороны, имитационные модели, на основе которых был сделан этот вывод, требовали значительных затрат машинного времени, и только некоторые из сценариев удалось исследовать на практике. По мере совершенствования компьютеров точность математических моделей возросла, и теперь расчет их последствий требовал меньших затрат времени и усилий. Оказалось, что в большинстве случаев почти вся масса Тейи входит в состав Луны, в то время как на долю мантии остается лишь очень небольшая часть.

Как же тогда объяснить практически полное сходство Луны и мантии?

Гипотеза, с которой ученые соглашались до 2012 года, звучала так: по своему химическому составу Тейя, скорее всего, была очень похожу на мантию древней Земли.

Разумеется, именно на решение этой проблемы и была направлена вся теория Тейи. Почему химический состав обязательно должен быть одинаковым? Если в случае Тейи мы можем ответить на этот вопрос «так уж сложилось», то почему бы не применить ту же логику и к самой Луне? Теория Тейи вынуждена опираться на то же самое предположение, которое она должна была объяснить.

Во втором издании «Науки Плоского Мира» мы описали эту ситуацию как «потерю связи с реальностью», а Йен впоследствии выразил то же мнение в книге «Математика жизни»[53]. Эта точка зрения, по-видимому, получила подтверждение, благодаря Андреасу Ройферу и его коллегам, которым недавно (в июле 2012 г.) удалось обнаружить сходный, но все же отличающийся сценарий. В нем также происходит столкновение с другим телом, которое, однако, не только заметно превышало по своим размерам Тейю (или Марс), но и двигалось с гораздо большей скоростью. Это было не лобовое столкновение, а, скорее, удар в бок, после которого «виновник скрылся с места преступления». Основная масса отторгнутого вещества принадлежала Земле, и лишь очень небольшая часть приходится на долю космического гостя. Новая теория согласуется с расчетами момента импульса и предсказывает еще более точное совпадение химического состава Луны и мантии, чем считалось ранее. Эта теория уже подтверждается рядом фактов. После того, как исследовательская группа Джунджун Чжан[54] провела новый анализ образцов лунных пород, доставленных в ходе миссии «Аполлон», выяснилось, что соотношение между изотопами титана-50 (50Ti) и титана-47 (47Ti) на Луне «с точностью около четырех частей на миллион совпадает с аналогичным соотношением на Земле».