don_beaver (don_beaver) wrote,
don_beaver
don_beaver

Categories:

«А король-то голый!» - сказочная лунная история

Красавица-студентка Ралука Руфу из Израиля вместе со своим профессором Одедом Ааронсоном и соавтором Хагаи Перецом совершили немыслимое: в первые дни 2017 опубликовали в Nature-Geoscience статью об мульти-импактном образовании Луны. http://www.nature.com/ngeo/journal/vaop/ncurrent/full/ngeo2866.html
Суть статьи: Луну можно сделать не одним большим, а многими более умеренными ударами. В статье рассматривается последовательность из 20 ударов тел в 0.1-0.01 от массы Земли, которые создают 20 лун, а потом они сливаются в одну большую Луну. Отметим, что Nature поступила осторожно и после статьи Руфу-Ааронсона-Переца опубликовало скептическую и довольно несерьёзную статью Коллинса, который после исторической справки и пересказа работы Руфу и др., высказал лишь пару голословных и несущественных замечаний. http://www.nature.com/ngeo/journal/vaop/ncurrent/full/ngeo2880.html
Например, он высказал опасение, что какие-то из 20 лун могут потеряться. Видно, что Коллинс, специалист по кратерообразованию и не специалист в небесной механике, совершенно не понимает, насколько невозможно выбросить из системы Земли спутник, аккреционно сформировавшийся на круговой орбите и имеющий диаметр более тысячи километров (Луна имеет диаметр в 3.4 тысячи). Даже уронить его на Землю немыслимо сложно. Если он не войдет в Луну, то останется на своей орбите – и мы его непременно заметили бы!
О мульти-импактной статье в Nature зашумела мировая пресса, включая «Вашингтон пост», «Нью-Йоркер», «Популярная механика» и т.д. Вейцмановский институт сделал видеоролик с моделью
http://wis-wander.weizmann.ac.il/space-physics/multiple-impact-origin-moon.
Это конец «ступора мегаимпакта», о котором я писал в «Науке и жизни» в 2015 http://don-beaver.livejournal.com/164229.html; http://don-beaver.livejournal.com/164361.html, а также в приложении к книге «Челябинский суперболид» в феврале 2016 года и в «Life» в ноябре 2016 года https://life.ru/935306. Очень существенно, что пресса такого уровня не ограничивается пересказом истории, она вызывает «на ковёр» публичности главных действующих лиц и заставляет их высказываться. Так и Вашингтон-Пост опросил Сару Симмонс, которая активно работает в области осторожных модификаций мегаимпакта https://www.pressreader.com/usa/the-washington-post/20170111/281569470416287.
Она сказала “Вся теория мегаимпакта оказалась в кризисе несколько лет назад, и люди стали думать, что может быть она полностью неверна, потому что мы не можем заставить работать её в важных моментах». (Поясню, что речь идет в первую очередь о геохимических противоречиях - НГ). Журналист пишет, что учёные стали добавлять новые предположения, чтобы разрешить космохимические проблемы – может Тея была химически идентична Земле? может столкновение испарило оба тела – и потом они скондесировались в современные планету и спутник? Но «Каждый такой трюк делал теорию мегаимпакта еще более невероятной». Сара соглашается: «Если вы делаете это слишком часто, то все начинают чувствовать неловкость». А «Нью-Йоркер» призвал к ответу Роберту Кануп, лунную гранд-даму, которая больше всех возилась с теорией мегаимпакта, унавоживала эту плодородную грядку, старательно охраняла её от набегов чужаков – и собрала с неё немалый урожай. Вот что она вынуждена была сказать: “I applaud the group,” Canup said. “They’ve convinced me that maybe it’s now worth considering. Suddenly, the multiple-impact scenario looks equally probable—or improbable, depending on your perspective.” – «Я апплодирую группе. Они убедили меня, что может быть это стоит рассмотреть. Внезапно, мульти-импактный сценарий стал выглядеть одинаково вероятным [с теорией мегаимпакта] – или невероятным – в зависимости от вашей точки зрения». Это слово «внезапно» чрезвычайно милое! Мы рассмотрим ниже степень этой "внезапности".

Итак, снят барьер перед публикацией мультимпактных теорий – и они, полагаю, не замедлят появится. Совершенно понятно, что верить конкретным утверждениям статьи в Nature насчет 20 тел никакого смысла нет: в космосе распределение тел подчиняется обратному кубу от радиуса тел. Значит, на Землю упало кроме нескольких крупных тел еще сотня тел диаметров в тысячу километров и примерно сто тысяч тел с диаметром в 100 километров. Поэтому никакого перерыва в выбросе вещества земной мантии в космос не было и конкретная динамика образования Луны будет весьма отлична от описанной. Но бесспорно, что она будет мульти-импактной.

Хочу отметить, что у меня существует предварительная договоренность с издательством о публикации после шестой книги научных сказок о победах мировой науки, седьмой книги «13 научных приключений» - о научных проблемах, которыми я занимался сам. Одно из приключений – это образование Луна и двойных астероидов. Что же набросаю для этой лунной главы главные этапы этой истории, которая приблизилась к своему логическому завершению.
Теория мегаимпакта для Луны была предложена Хартманном и Дэвисом в 1975 г. и быстро стала сверхпопулярной. Но еще в 1989 году видный специалист Рингвуд, на статью которого ссылаются авторы Nature, опубликовал в европейском журнале Earth and Planetary Science Letter статью с красноречивым названием «Изьяны в мегаимпактной гипотезе лунного образования», в которой привел три аргумента, совершенно убийственных для любой обычной теории (к которой, увы, теорию мегаимпакта отнести было нельзя, она была уже канонизирована):
1. Вероятность такого гигантского столкновения мала.
2. Такой мегаимпакт вызвал бы расплавление и гравитационную дифференциацию Земли, что привело бы к геохимическим свойствам земной коры, заметно отличающимся от наблюдаемых.
3. Мегаимпакт приводит к тому, что Луна создается в основном из мантии налетающего тела, в то время как геохимические факты утверждают, что лунный материал произошел из земной мантии.
Хочу подчеркнуть, что все три возражения сохранили свою силу до сих пор, разве что третье значительно усилилось из-за изотопных исследований. В заключение Рингвуд предлагает строить Луну с помощью ударов более мелких тел с массой 0.001-0.01 от массы Земли. Предложение Рингвуда, автора известной книги «Происхождение Земли и Луны» (переведена на русский в 1982 году в издательстве «Недра») было проигнорировано. Правда, он был не американец, а всего лишь австралиец. Коллинс, упоминая предложение Рингвуда об мультиимпактной теории образования Луны, пишет «Но было неясно, смогут ли такие удары сформировать достаточно большие спутники для последующего образования Луны». Но, к сожалению, Коллинс не пишет, какие могучие причины помешали многочисленным лунным теоретикам проверить эффективность такой мульти-импактной модели за 28 лет, прошедших после статьи Рингвуда. Ведь в ней ничего принципиально сложного не было. Почему только израильская студентка оказалась способна на такой подвиг?

Не наука, а детский сад. Штаны на лямках, руки в чернилах и полные карманы взаимного хирша.

Как я попал под влияние Луны? В 1995 году я стал соавтором обзора Прокофьевой, Таращук и Горькавый в УФН о спутниках астероидов. После чего я почувствовал неудовлетворенность, потому что понимания, как образовались спутники астероидов, не было. Почти десять лет прошло, пока я осознавал суть этого процесса. В 2004 году я опубликовал краткий абстракт в Бюллетене Американского астрономического общества, перевожу его целиком:
http://adsabs.harvard.edu/abs/2004DDA....35.0711G
Новая модель образования Луны
"Новая модель объясняет происхождение Луны, Харона и двойных астероидов без катастрофических событий. Основные элементы новой модели: 1. Большая часть материала Луны была доставлена из мантии Земли многими ударами крупных (1-100 км) астероидов. Это объясняет низкое содержание железа в составе Луны, также как и в модели одного удара Hartmann-Davis. 2. Начальный протоспутниковый диск с прямым вращением возник вокруг прото-Земли, как и возле других планет. 3. Столкновения обломков Земли с частицами прямого протоспутникового диска являются ключевым фактором для накопления обломков на стабильных орбитах. Легко показать, что обломки Земли с прямым вращением эффективно присоединяются к прямому протоспутниковому диску, в то время как обратные обломки возвращаются на Землю. Благодаря прямому вращению Земли объем обломков с прямым вращением больше, чем объем обратных обломков. 4. Расчеты баллистического переноса углового момента (A.M. Fridman, N.N. Gorkavyi "Physics of Planetary Rings", Springer, 1999, p.222-233) показывают, что протоспутниковое кольцо должно иметь оптимальный радиус, который близок к средней большой полуоси орбиты обломков: частицы, выброшенные с Земли, будут отталкивать меньшее по размеру кольцо и уменьшать момент большего кольца. 5. Массивное околоземное кольцо с низким содержанием железа собирается в Луну. На заключительном этапе обломки с Земли бомбардируют новорожденную Луну, что порождает наблюдаемую дихотомию популяций кратеров. Предсказания новой мульти-импактной модели: а. Большинство спутников астероидов должно иметь прямые и круговые орбиты, расположенные вблизи экватора центрального тела (как в случае Луны-Земли и системы Харон-Плутон); б. Астероиды со спутниками должны иметь более быстрое вращение, чем одиночные астероиды; в. Самые медленно вращающиеся астероиды (или планеты земного типа) не будут иметь спутников (как, например, Венера и Меркурий); г. При прочих равных условиях, относительная масса спутников может быть больше для более мелких астероидов; д. Кратерная дихотомия должна быть типичной для Харона, самого Плутона и крупных спутников астероидов; е. Луна должна иметь химические, изотопные и геологические признаки многих различных ударов астероидов об Землю".

Отмечу, что пункты а-б-в полностью подтвердились последующим анализом. Пункт г. пока в работе, е – пока в будущем. Интересно, что пункт д. про дихотомию поверхности Плутона и Харона подтвердился при недавнем пролете межпланетной станции, хотя рано однозначно утверждать, что эта дихотомия связана с обсуждаемым процессом.
Главный темный момент, который меня интересовал в 2004 году – удержится ли протолунный диск вокруг Земли под ударами эжекты, выбрасываемой с поверхности? Может он попросту рассосется? Я провел расчеты, которые велись на компьютере, но использовали для свободного движения обломков аналитические небесномеханические выражения для задачи двух тел - и убедился, что все в порядке – затравочный диск не тает, а благополучно растет с пиком плотности в зоне Роша. Можно сравнить результаты моего квазианалитического расчета 2007 года с суперкомпьютерной симуляцией израильской группы 2017 года:

Несмотря на разницу в подходах и методе расчетов, главный результат практически одинаков - протолунное кольцо растет внутри полости Роша. Отсюда видно, что не в мощности компьютеров было дело, а в психологии исследователей. Пока не пришла наивная девочка Ралука и не сказала: «А король-то голый!»
Tags: Научные истории
Subscribe

  • Законы сохранения и тупые фининспекторы

    Примерно одному человеку на миллион жителей Земли известно, что законы сохранения в общей теории относительности (ОТО) нарушаются. И некоторые из…

  • Космологические новости

    Современная космологическая теория характерна тем, что где ни копни поглубже экспериментальной лопатой – наткнешься на нестыковку или проблему.…

  • От весны до весны: подведение итогов

    14 месяцев назад моя жизнь, как и жизнь многих других землян, резко изменилась – я стал работать из дому, перестал тратить по три часа в день на…

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 44 comments

  • Законы сохранения и тупые фининспекторы

    Примерно одному человеку на миллион жителей Земли известно, что законы сохранения в общей теории относительности (ОТО) нарушаются. И некоторые из…

  • Космологические новости

    Современная космологическая теория характерна тем, что где ни копни поглубже экспериментальной лопатой – наткнешься на нестыковку или проблему.…

  • От весны до весны: подведение итогов

    14 месяцев назад моя жизнь, как и жизнь многих других землян, резко изменилась – я стал работать из дому, перестал тратить по три часа в день на…