Подобные соображения придают исключительный интерес обсуждению прошлой истории нашей Луны, хотя они и увеличивают трудность интерпретации тех проблем, которые она нам ставит. Ибо нам явно необходимо разграничивать эффекты, обусловленные относительной малостью Луны, с одной стороны, и эффекты, обусловленные ее солидным возрастом — с другой. Если бы мы могли верить, что Луна представляет собой сферу, которая просто отражает состояние, до которого наша Земля однажды дойдет, мы могли бы изучать особенности ее внешнего вида с некоторой надеждой понять, как они возникли, а также почерпнуть из такого изучения будущую историю нашей собственной Земли. Но очевидно, что у Луны была иная история, нежели у нашей Земли. Ее относительная малость привела к таким взаимоотношениям, каких Земля никогда не демонстрировала и никогда не продемонстрирует. Если наша Земля, как полагают астрономы и физики, должна стать мертвой и холодной, и вся жизнь погибнет на ее поверхности, то из того, что нам уже известно о ее истории, совершенно ясно, что вид, который она представит в своем одряхлении, будет совершенно не похож на вид, представляемый Луной. Допустим, что по прошествии огромных промежутков времени океаны, существующие ныне на Земле, уйдут под ее твердую кору, и даже (что кажется невероятным), что в более отдаленном будущем атмосфера, окружающая ее ныне, сильно уменьшится в количестве — либо посредством аналогичного ухода, либо каким-либо иным образом, — и все же поверхность Земли будет демонстрировать мало черт сходства с лунной поверхностью. При взгляде с того расстояния, с которого мы видим Луну, кратероподобных гор действительно окажется совсем немного по сравнению с лунными; те, что будут видны, окажутся малы по сравнению с лунными кратерами даже средних размеров; а лучевые системы, видимые на поверхности Луны, не будут иметь различимых аналогов на поверхности Земли. Единственными чертами сходства при воображаемых условиях будут, вероятно, частично плоские дна морей (хотя они будут иметь иное соотношение с более возвышенными областями) и горные хребты — единственные наземные проявления вулканической деятельности, которые были бы относительно важнее их лунных аналогов.
Я, однако, не намерен обсуждать вероятное будущее Земли, упомянув различия, которых только что коснулся, лишь для того, чтобы напомнить читателю с самого начала, что мы не имеем в лице «Луны» представления Земли на каком-либо этапе ее истории. Нашему вниманию предлагаются иные и отличные от них взаимоотношения, хотя вполне возможно, что, тщательно обсуждая их, мы сможем узнать кое-что как о нашей Земле, так и о прошлой истории и будущем развитии Солнечной системы.
Представляется разумным рассматривать Луну после ее первоначального формирования как отдельной сферы обладающей теми же общими характеристиками, которые мы приписываем нашей Земле на ее ранней стадии как планеты. В одном отношении Луна даже на этой ранней стадии могла отличаться от Земли. Я имею в виду ее вращение, соответствие которого между ним и ее обращением, вероятно, существовало с самого зарождения Луны. Но это существенно не повлияло бы на те взаимоотношения, с которыми нам приходится иметь дело в настоящее время. Следовательно, мы можем применить к Луне те аргументы, которые использовались при обсуждении первых этапов истории нашей Земли.
Принимая эту точку зрения, мы видим, что на первой стадии своего существования в качестве самостоятельной планеты Луна должна была представлять собой интенсивно нагретый газовый шар, сияющий собственным светом и претерпевающий процесс конденсации, «происходивший сначала только на поверхности, пока в результате охлаждения не была достигнута точка, при которой газовый центр сменился центром из объединенного и сжиженного вещества». Применим теперь к Луне на этой стадии описание, которое доктор Стерри Хант дает Земле. «Здесь начинается химия Луны. Пока продолжалось газообразное состояние Луны, мы можем предполагать всю массу однородной; но когда температура понизилась настолько, что стало возможным существование химических соединений в центре, те из них, которые были наиболее стабильны при преобладающей тогда повышенной температуре, образовались первыми. Так, например, в то время как соединения кислорода с ртутью или даже с водородом существовать не могли, оксиды кремния, алюминия, кальция, магния и железа могли образовываться и конденсироваться в жидкой форме в центре шара. По мере дальнейшего охлаждения из газовой массы удалялись бы и другие элементы, которые сформировали бы атмосферу неазотистого (негозообразного) ядра». «Поскольку процессы конденсации и охлаждения продолжались до тех пор, пока те элементы, которые не летучи в жаре наших обычных печей, не сконденсировались в жидкую форму, мы можем спросить здесь: каков был бы результат дальнейшего снижения температуры для массы? Обычно предполагается, что при остывании жидкого минерального шара замерзание начиналось бы с поверхности, как в случае с водой; но вода представляет собой исключение из большинства других жидкостей, поскольку она плотнее в жидкой форме, чем в твердой. Следовательно, лед плавает на воде, и замерзающая вода покрывается слоем льда, защищающим жидкость внизу. Некоторые металлы и сплавы похожи на воду в этом отношении. Что касается большинства других земляных веществ, и особенно различных минералов и земляных соединений, подобных тем, из которых предположительно состояла масса расплавленного шара, дело обстоит совершенно иначе. Многочисленные и детальные эксперименты Шарля Девиля и Делесса, помимо более ранних экспериментов Бишофа, сходятся в том, что плотность расплавленных горных пород намного меньше плотности кристаллических продуктов, получающихся при их медленном остывании; последние, по данным Девиля, на одну седьмую — одну шестнадцатую тяжелее расплавленной массы, так что если бы они образовывались на поверхности, то в силу законов гравитации стремились бы тонуть по мере своего образования».
Здесь следует отметить, что возможно существование периода (как для нашей Земли, так и для Луны), в течение которого, несмотря на взаимоотношения, указанные доктором Хантом, внешние части Луны были твердыми, тогда как внутренние оставались жидкими. Могло существовать состояние дел, соответствующее тому, какое мы признаем возможным на Солнце. Ибо хотя, несомненно, любое жидкое вещество, образующееся на Солнце, погружается в силу законов гравитации к центру, однако более высокая температура, с которой оно сталкивается при погружении, испарит его, несмотря на возрастающее давление, так что оно может оставаться жидким лишь вблизи той области, где быстрое излучение допускает достаточное охлаждение для производства сжижения. И точно так же мы можем представить, что затвердевание, происходящее в какой-либо части поверхности жидкого шара Луны или Земли благодаря происходящему оттуда быстрому излучению тепла, хотя за ним сразу же могло последовать погружение затвердевшего вещества, все же привело бы к сохранению (скорее, чем к существованию) частично твердой коры. Ибо погружающееся твердое вещество, хотя и подвергалось бы увеличению давления (что в случае вещества, расширяющегося при сжижении, благоприятствовало бы затвердеванию), тем не менее, вследствие значительного роста температуры, расплавилось бы и, расширяясь, перестало бы быть настолько плотнее [8] жидкости, сквозь которую оно погружалось, чтобы продолжать быстро тонуть.
Тем не менее, очевидно, что через некоторое время тепла внутренних частей жидкой массы уже не хватало бы для расплавления спускающегося с поверхности твердого вещества, и тогда начался бы процесс сплочения в центре, описанный доктором Хантом. Вещество, образующее твердый центр Земли, вероятно, состоит из металлических и металлоидных соединений элементов, более плотных, чем те, что составляют известные части земной коры. [9] В случае Луны, средняя плотность которой очень немного превосходит среднюю плотность вещества, образующего земную кору, мы должны предположить, что материя, формировавшая твердое ядро на той ранней стадии, была относительно меньше по количеству, либо же мы можем приписать часть разницы сравнительно малой силе, с которой лунная гравитация действовала во время различных стадий сжатия и затвердевания.
В случае Луны, как и в случае Земли, до того как последние порции затвердели, существовало бы состояние несовершенной текучести, как предполагал Хопкинс, «препятствующее погружению остывших и более тяжелых частиц и дающее начало поверхностной коре, от которой затвердевание распространялось бы вниз. Таким образом, между внутренними и внешними твердыми частями оказалась бы заключенной порция незатвердевшего вещества», которое, как можно предполагать, сохраняло свое жидкое состояние до позднего периода и было главным очагом вулканической активности — будь то в виде обособленных резервуаров или подземных озер, либо, как предполагал Скроу, в виде сплошного слоя, окружающего твердое ядро.
До сих пор нам приходилось иметь дело с взаимоотношениями, в большей или меньшей степени окутанными сомнениями. У нас мало средств для формирования удовлетворительного мнения относительно порядка различных изменений, которым в первые этапы своего существования в качестве планеты подвергалась наша Луна. Мы также не можем четко определить природу этих изменений. В этих вопросах, как и в случае с сопутствующими процессами у нашей Земли, имеется огромный простор для разногласий во мнениях.
Но немногие могут сомневаться в том, что какими бы процессами ни было достигнуто такое состояние, Луна, когда ее поверхность начала принимать свой нынешний вид, состояла из частично расплавленного шара, окруженного по крайней мере частично затвердевшей корой. Некоторые части реальной поверхности могли оставаться жидкими или вязкими дольше других, но в конце концов должно было наступить время, когда излучающая поверхность оказалась почти полностью твердой. Именно с этой стадии мы должны проследить изменения, приведшие к нынешнему состоянию лунной поверхности.
Едва ли можно подвергать сомнению правоту тех сейсмологов, которые в последнее время отстаивают теорию о том, что в случае остывающего шара, такого как Земля или Луна на только что описанной стадии, кора сначала сокращалась бы быстрее ядра, тогда как позже ядро стало бы сжиматься быстрее коры. По сути, это сводится лишь к утверждению, что процесс теплоизлучения с поверхности происходил бы быстрее и, следовательно, длился бы меньше времени, чем процесс теплопроводности, посредством которого ядро в основном расставалось со своим теплом. Кора быстро расставалась бы со своим теплом, сжимаясь на ядре; но сама быстрота (относительная) этого процесса, завершая на ранней стадии излучение большей части тепла, изначально принадлежавшего коре, вызывала бы сравнительную медленность последующего излучения, тогда как перенос тепла теплопроводностью от ядра к коре происходил бы быстрее не только относительно, но и фактически.
Теперь очевидно, что результаты, возникающие в течение двух стадий, на которые мы таким образом делим остывание лунного шара, будут заметно различаться. Во время первой стадии в лунной коре задействовались бы силы натяжения (тангенциальные); на более поздней стадии силами стали бы силы давления.
Взяв более раннюю стадию, в ходе которой силы являлись бы напряженными (растягивающими), давайте рассмотрим, каким образом эти силы действовали бы.
В самом начале, когда кора была бы сравнительно тонкой, я полагаю, что наиболее общим результатом быстрого сокращения коры стало бы разделение коры на сегменты путем образования многочисленных трещин, обусловленных латеральным сжатием тонкой коры. Однако расплавленное вещество в этих трещинах быстро покрывалось бы пленкой, и все это время кора становилась бы все толще и толще, пока наконец образование отчетливых сегментов не стало бы невозможным. Утолщающаяся кора, пластичная в своих нижних пластах, теперь более эффективно сопротивлялась бы тангенциальным напряжениям и при деформации уступала бы иначе. По всей вероятности, именно на этой стадии происходили процессы, подобные тем, которые иллюстрируются опытами Насмита с шаром, и кора время от времени уступала в определенных точках, становявшихся центрами систем лучевых трещин. Однако, прежде чем перейти к рассмотрению результатов таких процессов, следует отметить, что у нас есть основания полагать, будто среди самых ранних лунных образований существовали разломы, разрывающие древнюю поверхность лунной коры. Я отличаю таким образом древнюю поверхность от участков поверхности, о формировании которых в более позднее время мне вскоре придется рассказать.
Теперь представим себе несколько утолщенную кору, сжимающуюся на частично жидком ядре. Если бы кора была довольно однородной по прочности и толщине, мы ожидали бы обнаружить ее уступающей (при необходимости уступать) во многих точках, распределенных несколько равномерно по ее протяжению. Но этого бы не произошло, если бы — как мы по многим причинам могли бы ожидать — коре недоставало однородности. Существовали бы регионы, где кора оказалась бы более пластичной и тем самым более готовой поддаться тангенциальным напряжениям. В сторону таких участков коры стремилось бы жидкое вещество внутри, поскольку только там существовало бы для него пространство. Утягивающаяся вниз, или, вернее, втягивающаяся внутрь кора в других местах вытесняла бы находящуюся внизу жидкую массу в сторону таких областей меньшего сопротивления, которые благодаря этому оставались бы на более высоком уровне (и частично вытеснялись бы на него). Наконец, однако, нарастающие в результате этого напряжения возымели бы свое естественное действие; кора прорвалась бы посреди поднятой области и в виде радиальных трещин, и расплавленное вещество нашло бы выход как через трещины, так и через центральное отверстие. Вещество, извергнутое таким образом, будучи жидким, растекалось бы так, что — хотя лучевая природа трещин все еще обозначалась бы расположением извергнутого вещества — не наблюдалось бы резких изменений уровня. Ясно также, что как только выход был бы образован, длинные и полого спускающиеся склоны области поднятия постепенно опускались бы, прижимая находящуюся внизу жидкую массу к центру выхода, откуда она продолжала бы изливаться до тех пор, пока продолжался этот процесс сжатия. По всему периметру отверстия кора плавилась бы и оставалась пластичной еще долго после того, как вещество, заполнившее трещины и вытекшее через них, затвердело. Таким образом формировалось бы широкое круглое жерло, которое с самого начала находилось бы значительно выше среднего уровня лунной поверхности из-за того, как жидкое вещество внутри собиралось там давлением окружающих склонов. [10] Более того, вокруг жерла изливающаяся по мере дальнейшего сжатия коры материя образовала бы возвышающийся вал. До тех пор пока не наступало время, когда жидкое ядро начинало сжиматься быстрее коры, крупное кратероподобное жерло было бы заполнено до краев (или почти до них) все время, с периодическими переливами; и, как заметил автор, недавно принявший эту теорию, «в конце концов мы получили бы крупное центральное озеро лавы, окруженное цепью холмов, террасированных с внешней стороны, — причем озеро заполняло бы пространство, которое они заключали внутри себя».
Кора могла лопнуть рассмотренным здесь образом в нескольких местах одновременно — или почти одновременно, — причем диапазон радиальных трещин зависел бы от размеров подстилающих озер расплавленного вещества, находящих таким образом свой выход; либо могла наблюдаться серия извержений с широко разделенными интервалами времени и в разных регионах, постепенно уменьшающихся по масштабу по мере того, как кора постепенно утолщалась, а количество расплавленного вещества внизу постепенно сокращалось в относительных величинах. Вероятно, следует принять последнюю точку зрения, поскольку, если мы рассмотрим три системы лучей от Коперника, Аристарха и Кеплера, которые явно формировались не одновременно, а в том порядке, в котором только что были названы их центральные кратеры, мы увидим, что их размеры уменьшались по мере того, как дата их формирования была более поздней. Согласно этому взгляду, мы должны рассматривать лучевую систему Тихо как древнейшую из всех этих образований.
Итак, на этой очень ранней стадии истории Луны мы рассматриваем Луну как несколько деформированный сфероид, причем регионы, откуда простирались лучи, являются самыми высокими частями, а регионы, наиболее удаленные от лучевых центров, — самыми низкими. [11] В эти более низкие регионы находило бы путь все жидкое, что было на лунной поверхности. Стекающая вниз лава не подпадала бы под это описание, будучи скорее вязкой, чем жидкой; но если в то время существовала какая-либо вода, она занимала бы пониженные области, которые в настоящее время называются морями (Maria).
Вопрос о том, имела ли Луна на каком-либо этапе своего существования океаны и атмосферу, сопоставимые по относительным размерам с земными, представляет определенный интерес, и по нему высказывались различные мнения. Мне представляется, что, помимо всех прочих соображений, выдвигавшихся в поддержку гипотезы о том, что на Луне некогда существовали океаны и атмосфера, крайне трудно вообразить, как небесное тело столь значительных размеров, как Луна, могло сформироваться в условиях, которые, как мы полагаем, не слишком отличались от условий формирования Земли (имея схожее происхождение и, по-видимому, состоя из тех же элементов), не обладая при этом океанами и атмосферой значительной протяженности. Атмосфера эта не состояла бы исключительно или преимущественно из кислорода и азота, точно так же, как, по всей вероятности, не была устроена и первобытная атмосфера нашей собственной Земли. Мы можем принять в отношении лунной атмосферы — mutatis mutandis — нечто подобное тому взгляду, который доктор Стерри Хант принял относительно древней атмосферы Земли. Хант, как мы помним, обосновывает свое мнение о прежнем состоянии Земли, предполагая воздействие интенсивного тепла на Землю в ее нынешнем виде и выводя из этого химические результаты. «Для химика, — отмечает он, — очевидно, что в результате такого процесса, примененного к нашему земному шару, произошло бы окисление всего углеродистого вещества; превращение всех карбонатов, хлоридов и сульфатов в силикаты; и выделение углерода, хлора и серы в форме кислых газов, которые вместе с азотом, водяным паром и избытком кислорода образовали бы чрезвычайно плотную атмосферу. Полученная расплавленная масса содержала бы все основания в виде силикатов и, вероятно, по составу была бы близка к некоторым печным шлакам или основным вулканическим стеклам. Такой, как мы можем полагать, была природа первобытной изверженной породы и таков был состав первобытной атмосферы, которая должна была обладать очень большой плотностью». Все это, за единственным исключением выделенного курсивом замечания, может быть применено к случаю с Луной. Лунная атмосфера, вероятно, не была бы плотной в то первобытное время, даже если бы она была устроена подобно описанной выше земной атмосфере. Возможно, она была бы такой же плотной, или почти такой же, как наша нынешняя атмосфера. Соответственно, конденсация происходила бы при температуре, близкой к нынешней точке кипения, а нижние уровни полуостывшей коры были бы залиты нагретым раствором соляной кислоты, чье разлагающее действие было бы быстрым, хотя и не усиливалось — как в случае с нашей первобытной Землей — чрезмерно высокой температурой. «Образование хлоридов различных оснований и выделение кремнезема продолжалось бы до тех пор, пока сродство кислоты не было бы удовлетворено». «В более поздний период постепенное соединение кислорода с сернистым газом устранило бы его из атмосферы в форме серной кислоты». «Угольная кислота по-прежнему оставалась бы значительной составляющей атмосферы, но с того момента (то есть после отделения соединений серы и хлора от воздуха) последовало бы превращение сложных глиноземистых силикатов под влиянием угольной кислоты и влаги в гидратированный силикат глинозема, или глину, в то время как выделившиеся известь, магнезия и щелочи превращались бы в бикарбонаты и переносились в море в состоянии раствора».