Когда астронавты приземлятся возле южного полюса Луны в рамках программы NASA Artemis, они, вероятно, обнаружат неожиданное сокровище подсказок, которые помогут учёным лучше понять, как появился единственный естественный спутник Земли. Об этом говорится в новом исследовании под руководством Джеффри Эндрюса-Ханны, планетолога из Университета Аризоны.
Исследование опубликовано в журнале Nature. В статье представлен краткий обзор бурного прошлого Луны, который может помочь объяснить давние загадки, например, почему обратная сторона Луны, изрезанная кратерами, так сильно отличается от её гладкой ближней стороны, которая служила фоном для посадок «Аполлона» в 1960-х и 1970-х годах.
Примерно 4,3 миллиарда лет назад, когда Солнечная система была ещё в зачаточном состоянии, гигантский астероид врезался в обратную сторону Луны, образовав огромный кратер, известный как бассейн Южный полюс — Эйткен (SPA). Этот ударный кратер — самый большой на Луне, его размеры составляют более 1200 миль с севера на юг и 1000 миль с востока на запад.
Овальная форма бассейна — результат скользящего удара, а не лобового столкновения. Сравнивая форму SPA с другими гигантскими ударными бассейнами в Солнечной системе, команда Эндрюса-Ханны обнаружила, что эти объекты сужаются в направлении полёта астероида, приобретая форму, напоминающую каплю или авокадо.
Опровергая общепринятое мнение о том, что SPA был образован астероидом, подлетевшим с южного направления, новый анализ показывает, что форма SPA сужается к югу, что указывает на удар с севера.
«Это означает, что миссии Artemis будут приземляться на краю бассейна, обращённом в направлении полёта астероида — это лучшее место для изучения крупнейшего и самого древнего ударного бассейна на Луне, где должно быть сосредоточено больше всего выброшенного материала из недр спутника», — сказал учёный.
В статье группа учёных представляет дополнительные доказательства, подтверждающие удар с юга, на основе анализа топографии, толщины коры и состава поверхности. Результаты также дают новые подсказки о внутренней структуре Луны и её эволюции во времени.
Долгое время считалось, что ранняя Луна была расплавлена из-за энергии, выделившейся во время её формирования, что привело к образованию магматического океана, покрывшего весь спутник. По мере кристаллизации этого магматического океана тяжёлые минералы опускались, образуя лунную мантию, а лёгкие минералы всплывали, формируя кору. Однако некоторые элементы не вошли в состав твёрдой мантии и коры, а вместо этого сконцентрировались в последних каплях жидкости магматического океана.
Эти «оставшиеся» элементы включали калий, редкоземельные элементы и фосфор, вместе называемые KREEP — аббревиатура, первая буква которой отражает символ калия в периодической таблице элементов. Согласно Эндрюсу-Ханне, эти элементы особенно обильно представлены на ближней стороне Луны.
«Если вы когда-нибудь оставляли банку газировки в морозилке, вы могли заметить, что, когда вода становится твёрдой, высокофруктозный кукурузный сироп сопротивляется замерзанию до самого конца и вместо этого концентрируется в последних каплях жидкости», — сказал учёный. «Мы думаем, что на Луне нечто подобное произошло с KREEP».
По мере охлаждения Луны в течение многих миллионов лет магматический океан постепенно затвердевал, образуя кору и мантию. «И в конце концов вы получаете точку, где между мантией и корой остаётся лишь крошечная капля жидкости — это и есть KREEP-богатый материал», — сказал учёный.
«Весь KREEP-богатый материал и элементы, выделяющие тепло, каким-то образом сконцентрировались на ближней стороне Луны, что привело к её нагреву и интенсивным вулканическим процессам, сформировавшим тёмные вулканические равнины, которые делают знакомым вид «лица» Луны с Земли», — сказал Эндрюс-Ханна.
Однако причина, по которой KREEP-богатый материал оказался на ближней стороне, и то, как этот материал эволюционировал с течением времени, оставались загадкой.
Кора Луны на её обратной стороне значительно толще, чем на ближней, обращённой к Земле, — асимметрия, которая озадачивает учёных по сей день. Эта асимметрия повлияла на все аспекты эволюции Луны, включая последние стадии магматического океана, сказал Эндрюс-Ханна.
«Наша теория заключается в том, что по мере утолщения коры на обратной стороне магматический океан под ней выдавливался по бокам, как зубная паста из тюбика, пока большая его часть не оказалась на ближней стороне», — сказал учёный.
Новое исследование ударного кратера SPA выявило поразительную и неожиданную асимметрию вокруг бассейна, которая подтверждает именно этот сценарий: слой выброшенного материала на его западной стороне богат радиоактивным торием, но не на восточном склоне.
Это говорит о том, что удар, оставивший этот след, создал окно в лунной коре прямо на границе, отделяющей кору, под которой находятся последние остатки обогащённого KREEP магматического океана, от «обычной» коры.
«Наше исследование показывает, что распределение и состав этих материалов соответствуют прогнозам, которые мы получаем при моделировании последних этапов эволюции магматического океана», — сказал Эндрюс-Ханна.
«Последние капли лунного магматического океана оказались на ближней стороне, где мы наблюдаем самые высокие концентрации радиоактивных элементов. Но в более раннее время под частями обратной стороны существовал тонкий и пятнистый слой магматического океана, что объясняет радиоактивные выбросы на одной стороне ударного бассейна SPA», — заключил учёный.
Многие загадки, связанные с ранней историей Луны, всё ещё остаются неразгаданными, и как только астронавты доставят образцы на Землю, исследователи надеются найти больше кусочков головоломки.
Данные дистанционного зондирования, собранные с помощью космических аппаратов, подобных тем, которые использовались для этого исследования, дают учёным общее представление о составе лунной поверхности, по словам Эндрюса-Ханны. Торий, важный элемент в KREEP-богатом материале, легко обнаружить, но более детальный анализ состава требует более сложных усилий.
«Эти образцы будут проанализированы учёными по всему миру, в том числе здесь, в Университете Аризоны, где у нас есть современные установки, специально предназначенные для таких анализов», — сказал учёный. «С Artemis у нас будут образцы для изучения здесь, на Земле, и мы будем точно знать, что это такое. Наше исследование показывает, что эти образцы могут рассказать ещё больше о ранней эволюции Луны, чем считалось ранее».
Предоставлено:
University of Arizona