Как, благодаря ядерной реакции, образовалась Луна

Считается, что самым мощным ядерным взрывом в истории было испытание советской бомбы АН602 мощностью более 50 мегатонн тротилового эквивалента. Но на самом деле это не так: самый мощный взрыв такого рода прогремел намного раньше. Его последствия можно видеть каждую ночь. 

Приручение ядерного распада, то есть разработка ядерных реакторов и ядерных бомб, без всякого сомнения, оказало огромное влияние на политическую обстановку. Ну и, конечно же, это можно считать одним из самых крупных достижений XX века в области прикладной науки. Но великие умы, осуществившие цепную реакция деления атомных ядер, совершенно напрасно приписывали себе первенство в этом вопросе. Такая реакция на нашей планете уже происходила.

Столкновение с Землей

Традиционная импактная (ударная) теория происхождения Луны, ставшая общепринятой в конце 1970-х годов, описывает этот процесс так. Крупное космическое тело (гипотетическая планета Тейя размером примерно с Марс) примерно 4,5 млрд лет назад столкнулась с юной, еще горячей, Землей. Осколки этого космического тела, как и те, которые были выбиты с Земли, оказались на орбите, где постепенно под действием сил гравитации «слиплись» и остыли, образовав знакомый нам спутник планеты.

Однако в последнее десятилетие ученые находят в этой теории некоторые неувязки. Методы компьютерного моделирования показывают, что при таком процессе Луна примерно на 70−80% должна состоять из материала Тейи, и лишь на 20−30% - из земного. Между тем, современные точные методы анализа изотопного состава лунного грунта, доставленного на Землю американскими экспедициями «Аполлонов» (в том числе образцы вулканического происхождения, предположительно с глубины в десятки километров) и советскими автоматическими станциями, позволяют сказать, что по соотношению ключевых изотопов (кислород, хром, титан, калий, кремний, а также пары гафний-титан и самарий-неодим) земные силикаты (мантия + кора) и лунный грунт очень близки. Более того, по изотопному составу силикаты Земли и Луны отличаются от каменных метеоритов (хондритов), которые считаются «кирпичиками», из которых построена кора каменистых планет. Учитывая разницу в условиях формирования Земли и гипотетической Тейи, такую идентичность сложно объяснить в рамках импактной теории.

Теория Дарвина и другие

Альтернативные гипотезы происхождения Луны имеют давнюю историю. Первую такую гипотезу в 1879 году предложил еще Джордж Дарвин, сын Чарльза Дарвина. В гипотезе Дарвина Луна была сформирована из материала земной мантии, и «отпочковалась» от горячей Земли под действием центробежных сил и приливных сил Солнца (в дальнейшем эта гипотеза была опровергнута расчетами, которые показали, что приливные эффекты недостаточно сильны). В дальнейшем на основе этой гипотезы были построены различные варианты, но все они требовали очень быстрого вращения Земли, которое, судя по моменту импульса современной системы Земля-Луна, вовсе не имело места. Так что основное слабое место этих «безимпактных» гипотез — это отсутствие источника энергии, способного выбросить на орбиту изрядное количество земного вещества. А энергии нужно много — согласно несложным расчетам, порядка 2,5*1030 Дж, и выделиться она должна была очень быстро.

Подземная ядерная промышленность

Между тем, человечеству знаком источник подобной энергии — это ядерная бомба. Правда, он сугубо рукотворный. Однако несколько лет назад физик Роб де Мейер из Университета Западного мыса в Кейптауне (ЮАР) и геохимик Вим ван Вестренен из Свободного Университета в Амстердаме выдвинули интересное предположение. Основываясь на распределении редкоземельных элементов самария и неодима в земной мантии, они предположили, что в древности между корой и мантией мог существовать «скрытый резервуар», обогащенный литофильными элементами, в том числе ураном и торием. Фактически в этом резервуаре могли сложиться подходящие условия для того, чтобы началась ядерная реакция — в точности такая, как происходит в реакторах-размножителях на быстрых нейтронах, которые используются в ядерной промышленности для получения делящихся материалов для ядерного оружия, в частности, для наработки плутония. Однако реактор-размножитель, не имеющий замедлителя нейтронов, требует достаточно высоких концентраций делящихся элементов, а согласно расчетам ученых, концентрация радиоактивных элементов в «скрытом резервуаре» на момент формирования Луны была примерно в 20 раз меньше, чем требуется для достижения критичности. Работать такой реактор попросту не мог.

В 1972 году французские химики на комбинате по обогащению урана в Пьерлате (Франция) обнаружили в гексафториде урана, поступающем с месторождения в Окло (Габон) недостаток урана-235 (0,717% вместо обычных 0,720). Недостаток мог свидетельствовать о пропаже ядерных материалов. При тщательном расследовании обнаружился удивительный природный феномен. Оказалось, что уран-235 «пропал» в результате выработки в природном ядерном реакторе, который существовал примерно 1,8 млрд лет назад! Концентрация урана-235 в руде в те времена составляла 3,7%, что сделало возможным существование теплового реактора: грунтовые воды, которые играли роль замедлителей нейтронов, поступали в богатые ураном породы, и начиналась реакция. Вода при этом испарялась, и реакция останавливалась. После охлаждения вода вновь поступала в реактор, и реакция возобновлялась. Этот циклический процесс продолжался несколько сот тысяч лет.
 

Красная кнопка

Для того чтобы запустить древний геореактор, требовалось «нажать на кнопку». В качестве кнопки, согласно расчетам Владимира Анисичкина и Дмитрия Воронина из новосибирского Института гидродинамики им. М.А. Лаврентьева Сибирского отделения РАН, мог выступить совсем небольшой астероид диаметром всего лишь около 100 км, столкнувшийся с Землей на скорости около 30 км/c. Энергия такого удара значительно меньше той, которая необходима для формирования Луны, но она послужила детонатором. В результате прохождения ударной волны от столкновения давление в зоне «скрытого резервуара» между мантией и корой возросло до десятков миллионов атмосфер, в результате чего геореактор из подкритического стал критическим. Разогрев и цепная реакция радиоактивного распада привели к еще большему увеличению критичности, и реактор «пошел в разнос», превратившись в гигантскую ядерную бомбу. Взрыв этой бомбы за несколько миллисекунд освободил энергию, эквивалентную примерно 1015 мегатонн, превратив окружающее вещество в плазму с температурой 10 млрд К, которая и «выдула» земное вещество на орбиту. Последствия этого взрыва мы видим на небе в ясные ночи.