Пока Чарльз Дарвин занимался разработкой теории происхождения на Земле видов, его сын, Джордж Дарвин, – решал проблему более масштабную, удаленную от Земли почти на полмиллиона километров. Исследуя задачу трех небесных тел (Солнца, Земли и Луны), он предположил, что наш спутник – не совсем отдельное небесное тело, а часть Земли, когда-то от неё оторвавшаяся. Астроном предположил, что когда-то, на ранних стадиях, наша планета вращалась очень быстро. Под воздействием центробежных сил её экватор постепенно растягивался. В какой-то момент в слабом месте образовалось нечто типа грыжи, она постепенно росла до тех пор, пока не оторвалась. Место отрыва быстро заполнилось водой и превратилось в Тихий океан. А оторвавшийся кусок занял место на орбите планеты, превратившись в нашу соседку – Луну.

Мы с тобой – одной пыли

В отличие от эволюционной гипотезы Дарвина-отца, лунная гипотеза Дарвина-сына почти сразу завоевала признание и до середины прошлого века была почти парадигмой. Однако в середине XX века оказалось, что вращательный момент системы Земля-Луна для такого отрыва недостаточен: для того, чтобы кусок вот так оторвался, Земля должна была вращаться в три-четыре раза быстрее. Астрономы и астрофизики заговорили про то, что Луна была блуждающей планетой, которую Земля захватила своей мощной гравитацией.

Но в конце 1960-х – начале 1970-х годов на Землю несколькими американскими и советскими лунными экспедициями были доставлены в общей сложности 382 кг реголита – лунного грунта. И тут вновь выяснилось: Земля и Луна если и не близнецы, то уж точно сёстры. Грунт по изотопному составу оказался на редкость земным. Только железом наша спутница оказалась обделена.

Новую «парадигму» преподнесли миру в середине 1970-х американцы Уильям Хартман и Дональд Дэвис. По их гипотезе, на самой заре земной эволюции с ней столкнулся «ударник»: соразмерная Марсу бродячая планета Тейя. В результате удара из нашей планеты «выбило» кусок. Тот же удар, якобы, и ось земную накренил. Компьютерная модель подтвердила: всё так и могло произойти, и на ближайшие три десятилетия гипотеза «мегаимпакта» стала почти официальной теорией. Но, как говорится, всякая теория живёт до тех пор, пока не накапливается критическая масса фактов, её опровергающих.

И главными критиками общепризнанной теории стали российские геохимики.

– Гипотеза Хартмана и Дэвиса многое объясняла, – рассказал нам директор ГЕОХИ, академик РАН Эрик Галимов, – она укладывалась в динамическую модель, компьютерное моделирование показывало, что это вполне возможно. Близость состава Земли и Луны, их изотопная схожесть вроде бы подтверждали, что Луна была когда-то частью Земли. Но позже выяснилось: в результате удара выбрасывается не часть Земли, а сам ударник. Его вещество по изотопному составу должно отличаться от вещества Земли. Состав Солнечной системы достаточно разнородный, и маловероятно, чтобы чужеродное космическое тело по изотопному составу оказалось точно похожим на Землю. В результате возник достаточно серьёзный кризис всей гипотезы мегаимпакта.

– То есть Луна от нас не отрывалась. Но откуда она взялась, де ещё такая на нас похожая?

– Мы считаем, что Луна и Земля образовались как планетная пара из единого газопылевого облака, как образуются двойные звёзды. Когда оно стало коллапсировать, сжиматься, вращательный момент привёл к фрагментации и образованию двух сгустков. Один стал потом Землёй, а другой – Луной. В чисто гравитационной модели для фрагментации тоже не хватит вращательного момента. Но тут работает еще один фактор: частицы нагреваются и, медленно испаряясь, теряют часть массы. Учитывая это испарение, вращательного момента системы Земля-Луна оказывается вполне достаточно.

Действительно, если принять гипотезу, предложенную специалистами ГЕОХИ, основные вопросы из проблемных превращаются в очевидные. С другой стороны, почему различен состав химический? Куда девалось железо?

– В процессе испарения некоторые элементы, в том числе железо, терялись. Эксперименты показали: если выпаривать первичные вещества, то получается почти точный химический состав Луны. Первоначально оба зародыша – и будущая Земля, и будущая Луна – имели одинаковый высокотемпературный состав. Если при фрагментации пылевого облака один из фрагментов больше другого, то почти всё оставшееся вещество садится на него. Малый фрагмент остаётся с тем, что было. Поэтому Земля, возникшая из более крупного фрагмента, сохранила свой теперешний, богатый железом и прочими минералами состав, а Луна сохранила первичный химический облик. Остается нерешенной проблема как возникли огромные протопланетные сгущения газа и пыли, из которых возникли планеты, в частности пара Земля-Луна.

В версии академика Галимова и его сотрудников процесс развивался так. После того как четыре с половиной миллиарда лет назад зажглось Солнце, остатки облака космической пыли и газа, из которого оно образовалось, стали постепенно оседать в экваториальной плоскости облака. Здесь могли образоваться твердые частицы. В то же время пыль, вращаясь вокруг светила, сбивалась в пылевые облака, которые становились всё гуще.

– Сгущения эти образуются быстро, потому что каждое столкновение сгущений их объединяет, а столкновение твёрдых частиц приводит к объединению не всегда.

В результате возникли две линии. Медленно объединяющиеся твёрдые частицы превратились в малые небесные тела: метеориты и астероиды. А вот сгущения вырастали до критических размеров, после которых, под действием собственной гравитации, уже схлопывались, или, по-научному, «коллапсировали», в планеты и их спутники.

- Современная геохимия имеет очень тонкие, основанные на изотопных системах, инструменты исследования вещества, в том числе и его возраста, чуть ли не с самого момента сотворения солнечной системы. Применение их к событиям образования Земли и Луны показали, что фрагментация двух сгущений на орбите будущей Земли началась через 50 миллионов лет после рождения Солнца. Один из получившихся фрагментов, тот, что побольше, ещё 70 миллионов лет развивался, собирая по орбите оставшуюся пыль, и, наконец, превратился в Землю. Тот, что был меньше, так Луной и остался. Как у людей: большой и сильный забирает всё, а маленький и слабый благодарен за то, что ему перепало.

В хозяйстве пригодится

Знать о том, как всё образовалось, не только интересно, но и полезно. Опираясь на это знание, мы можем точнее представить, как устроена наша планета, какие процессы в ней происходят. А значит – где точнее искать полезные ископаемые или откуда ждать очередной геологической катастрофы. Конечно, я утрирую: в сфере новых знаний всё значительно тоньше.

– Геологию изучают для того, чтобы пользоваться полезными ископаемыми. Без знания Солнечной системы, без знания о том, как образовались Луна и другие планеты, мы не можем исчерпывающе ответить на вопрос, что представляет собой наша планета. Для стратегических решений нам нужно разглядеть скрытые от нас ранние страницы образования Земли, и в этом помогает Луна. Как говорил Вернадский, «Землю нельзя познать вне контекста знаний о Солнечной системе».

А лунная геология нам может понадобиться очень скоро, в ближайшие десятилетия. На Луне нет полезных ископаемых, которые бы имело смысл доставлять оттуда на Землю. Коме одного! Есть на нашем спутнике то:

– Главное, что есть смысл привозить с Луны на Землю, –гелий-3, – говорит руководитель ГЕОХИ. – Это уникальное топливо для будущих термоядерных реакторов – эффективное и, что очень важно, экологичное, не дающее радиоактивного заражения. Ведь вопрос загрязнения среды остаётся открытым, несмотря на современные «чистые» технологии и разработки. Материалы, из которых делают корпус реакторов, очень быстро подвергаются радиоактивной коррозии. Образующиеся во время термоядерной реакции нейтроны в них внедряются очень глубоко и просто разъедают за несколько лет. А в случае с гелием-3 образуются протоны, заряженные частицы, они не могут проникнуть в материалы, поскольку они заряженные, могут только «оседать» на поверхности. И материал, раньше служивший три года, с гелием может служить 30 лет.

К тому же в обычных реакторах мы просто получаем тепло. Его нужно переводить в другую форму энергии: нагревать воду, получать пар высокого давления, прогонять через турбину и уже с неё снимать электричество. Другое дело, когда у нас получаются протоны. Эти заряженные частицы можно напрямую переводить в электроэнергию. То есть потери энергии минимальные, затраты на производство – тоже.

Но есть у гелия-3 и недостатки. Его сложно «зажечь»: нужны температуры, на порядки превышающие те, с которыми сейчас работают ядерщики. Но это вопрос технический, и мало кто из специалистов сомневается в том, что его быстро решат.

– В 2007 году в нашем институте был в гостях лидер в термоядерных разработках на гелии-3 Джералд Калсински. Вместе с другим адептом этого термоядерного топлива астронавтом Гарольдом Шмидтом они – официальные советники НАСА. Это говорит о том, как относятся в США к этой проблеме. По моему приглашению Калсински здесь читал лекцию. Он считает, что физических ограничений для овладения термоядерной реакцией на гелии-3 нет. Это – чисто инженерная задача. Она требует вложения средств, отработки инженерных моментов и обязательно будет реализована.

На Земле гелия-3 ничтожно мало, на грани погрешности, можно сказать, вообще нет. Во всей нашей атмосфере – не больше 40 тысяч тонн. Смешно. На Луне его, по самым приблизительным подсчётам, до 10 миллионов тонн. Такого количества, при нынешнем уровне энергопотребления, человечеству должно хватить примерно на пять тысяч лет. Но для получения пригодного к транспортировке чистого и сжиженного гелия на нашем спутнике требуется создать огромные горно-обогатительные комбинаты:

– Третьим гелием богат наружный слой реголита, примерно три верхних метра. Но и там содержание – 10 – 20 миллиграммов на тонну. Поэтому вскрывать придётся десятки тысяч квадратных километров грунта. Должны быть установки, извлекающие гелий из породы, агрегаты, его сжижающие. Это не космонавты, которые покопались и улетели, нет, это гигантская промышленность, но развивать её реально. Конечно, пока мы не можем себе это позволить, на создание таких комбинатов уйдут десятки лет. Но те же десятки лет уйдут на Земле на освоение термояда. Главное, чтобы всё развивалось синхронно. Чтобы к моменту появления первых термоядерных электростанций у нас уже была нормальная лунная инфраструктура. Тут нужно не дремать. Можно здесь упустить, там упустить и в результате – оказаться в хвосте. Такие вещи необходимо предвидеть и над ними работать. Это проект не тактический, а стратегический

Колумб 2.0

– Освоение лунного гелия-3 неизбежно повлечёт создание ряда параллельных производств. Достаточно сказать, что при тепловой обработке реголита вместе с гелием будут выделяться другие элементы, в том числе углерод и водород. Их можно использовать для синтеза ракетного топлива. Из силикатов нетрудно наладить получение кислорода. Луна богата титаном и самородным железом. Есть, следовательно, богатое сырьё для местного металлургического производства. Можно производить металлические конструкции и корпуса ракет прямо на Луне. С Земли придётся доставлять только высокотехнологичные элементы. Необходимую для жизнедеятельности людей и многих технологических процессов воду также можно получать на Луне. Возможно, её ресурсы есть в полярных областях. Это необходимо будет определить в ходе ближайшей миссии к Луне.

Необходимо менять традиционное мышление, рассматривающее Луну как удалённый астрономический объект. Она должна быть включена в хозяйственный оборот Земли. Это не мечты, а неизбежная и насущная хозяйственная задача, она должна быть решена до конца столетия. В XV веке освоение Америки было делом гораздо более сложным и опасным. Луна должна стать форпостом для освоения других планет.

Посмотрите, какие огромные ракеты приходится строить просто для того, чтобы выйти за пределы земной атмосферы. Сравните их с крошечными модулями, которые поднимали астронавтов лунных миссий с поверхности спутника. Обделённого нашей планетой при рождении, но родного и любимого.

Валерий ЧУМАКОВ

Фото: Валерий ЧУМАКОВ, globallookpress.com

© "Союзное государство", № 07 2023

Дочитали до конца? Было интересно? Поддержите канал, подпишитесь и поставьте «лайк»!

Хотите, чтобы мы и дальше радовали Вас интересными и важными материалами?