Исследование лунных пород указывает на более низкую температуру обратной стороны Луны
Анализ образцов горных пород, проведённый совместно исследователями из Университетского колледжа Лондона (UCL) и Пекинского университета, показал, что внутренняя часть обратной стороны Луны может быть холоднее, чем сторона, постоянно обращённая к Земле.
Исследование, опубликованное в журнале Nature Geoscience , изучало фрагменты породы и грунта, собранные китайским космическим аппаратом Chang’e 6 в 2024 году из огромного кратера на обратной стороне Луны.
Команда исследователей подтвердила предыдущие выводы о том, что образцу породы около 2,8 миллиарда лет, и проанализировала химический состав минералов, чтобы установить, что он образовался из лавы глубоко внутри Луны при температуре около 1100 °C — примерно на 100 °C холоднее, чем существующие образцы с ближней стороны.
Профессор Ян Ли, работающий на кафедре наук о Земле в Университетском колледже Лондона и в Пекинском университете, сказал: «Ближняя и обратная стороны Луны сильно различаются на поверхности и, возможно, в недрах. Это одна из великих загадок Луны. Мы называем её двуликой. Существенное различие в температуре между ближней и обратной стороной мантии давно предполагалось, но наше исследование предоставляет первые доказательства, основанные на реальных образцах».
Соавтор исследования, доктор философии из Пекинского университета Сюэлин Чжу, сказал: «Эти результаты делают нас на шаг ближе к пониманию двух лиц Луны. Они показывают нам, что различия между ближней и обратной стороной не только на поверхности, но и уходят вглубь недр».
Обратная сторона имеет более толстую кору, более гористая и покрыта кратерами, и, по-видимому, была менее вулканической, с меньшим количеством тёмных участков базальта, образованных из древней лавы.
В своей статье исследователи отметили, что обратная сторона внутренней части Луны могла быть холоднее из-за меньшего количества тепловыделяющих элементов — таких как уран, торий и калий, которые выделяют тепло из-за радиоактивного распада.
Предыдущие исследования показали, что такое неравномерное распределение тепловыделяющих элементов могло произойти после того, как огромный астероид или планетарное тело врезалось в обратную сторону, встряхнув внутренности Луны и вытеснив более плотные материалы, содержащие больше тепловыделяющих элементов, на ближнюю сторону.
Другие теории предполагают, что Луна могла столкнуться со второй, меньшей Луной в начале своей истории, а образцы с ближней и обратной стороны произошли от двух термодинамически различных лунных тел, или что ближняя сторона может быть горячее из-за земного притяжения.
Для нового исследования команда проанализировала 300 г лунного грунта, выделенного для Пекинского научно-исследовательского института урановой геологии. Шэн Хэ, первый автор из института, объяснил: «Образец, собранный миссией Chang’e 6, является первым образцом с обратной стороны Луны».
Команда нанесла на карту отдельные части образца, состоящего в основном из зёрен базальта, с помощью электронного зонда, чтобы определить его состав.
Исследователи измерили крошечные вариации изотопов свинца с помощью ионного зонда, чтобы датировать породу возрастом 2,8 миллиарда лет (метод основан на том, что уран распадается на свинец с постоянной скоростью). Данные были обработаны с помощью метода, усовершенствованного профессором Петером Вермесчем из наук о Земле UCL.
Затем они использовали несколько методов для оценки температуры образца на разных этапах его прошлого, когда он находился глубоко внутри Луны.
Первый заключался в анализе состава минералов и сравнении их с компьютерным моделированием для оценки того, насколько горячей была порода, когда она сформировалась (кристаллизовалась). Это сравнивалось с аналогичными оценками для пород с ближней стороны, с разницей в 100 °C.
Второй подход заключался в том, чтобы вернуться дальше в истории образца, сделав вывод из его химического состава, насколько горячей была бы его «родительская порода» (то есть до того, как родительская порода расплавилась в магму и позже снова затвердела в породу, собранную Chang’e 6), сравнив это с оценками для образцов с ближней стороны, собранных во время миссий «Аполлон». Они снова обнаружили разницу примерно в 100 °C.
Работая с командой из Шаньдунского университета, они оценили температуру родительской породы с помощью спутниковых данных о месте посадки Chang’e на обратной стороне, сравнив их с эквивалентными спутниковыми данными с ближней стороны, снова обнаружив разницу (на этот раз в 70 °C).
На Луне тепловыделяющие элементы, такие как уран, торий и калий, имеют тенденцию встречаться вместе наряду с фосфором и редкоземельными элементами в материале, известном как богатый KREEP (акроним происходит от калия, имеющего химический символ K, редкоземельных элементов (REE) и P для фосфора).
Ведущая теория происхождения Луны заключается в том, что она образовалась из обломков, созданных в результате массивного столкновения между Землёй и протопланетой размером с Марс, и вначале состояла полностью или в основном из расплавленной породы (лавы или магмы). Эта магма затвердела по мере охлаждения, но элементы KREEP были несовместимы с кристаллами, которые формировались, и поэтому дольше оставались в магме.
Учёные ожидали, что материал KREEP будет равномерно распределён по Луне. Вместо этого считается, что он сосредоточен в мантии ближней стороны. Распределение этих элементов может быть причиной того, что ближняя сторона была более вулканически активной.
Хотя из этого исследования неизвестна текущая температура мантии дальней и ближней стороны Луны, любой дисбаланс температур между двумя сторонами, вероятно, сохранится в течение очень долгого времени, поскольку Луна очень медленно остывает с момента своего образования в результате катастрофического столкновения. Однако исследовательская группа в настоящее время работает над получением окончательного ответа на этот вопрос.