Одна из теорий происхождения Луны гласит, что около 4,5 млрд лет назад небольшая планета врезалась в молодую Землю, выбросив расплавленную породу в космос. Постепенно обломки остыли и затвердели, образовав спутник нашей планеты. Однако то, как именно происходило его формирование, «похоже на приключенческий роман», отмечают ученые Университета Аризоны, которые в своей научной статье раскрывают новую информацию об эволюции недр Луны.
Большую часть информации о происхождении Луны мы знаем из исследований образцов реголита, собранного астронавтами «Апполонов» десятилетия назад. В частности, в доставленных с естественного спутника Земли частицах грунта обнаружили удивительно высокую концентрацию такого элемента, как титан. Позже наблюдения орбитальных аппаратов показали, что такие вулканические породы в основном расположены на обратной стороне Луны. Однако как и почему они туда попали, до сих пор оставалось загадкой.
Поскольку Луна формировалась быстро и была горячей, она, вероятно, была покрыта глобальным океаном из магмы. По мере того как расплавленная порода постепенно охлаждалась и затвердевала, образовалась лунная мантия и плотная кора. Однако что происходило в более глубоких слоях под поверхностью – до конца неизвестно. Моделирование показывает, что остатки океана магмы могли кристаллизоваться в плотные минералы, такие как содержащий титан ильменит или железо.
«Поскольку эти тяжелые минералы плотнее, чем мантия под ними, это может вызвать гравитационную нестабильность, и можно ожидать, что слой будет погружаться глубже в недра Луны», - сказал руководитель исследования Вейган Лян из Аризонского университета. По всей видимости, в последующие тысячелетия этот плотный материал все-таки «просел» вглубь, смешался с мантией, расплавился и вышел на поверхность в виде богатых титаном лавовых потоков, которые мы видим на поверхности сегодня. Можно сказать, что Луна буквально «вывернулась наизнанку», отмечают исследователи.
В новом исследовании ученые из США и Китая сравнили данные, полученные в ходе моделирования, с набором данных о линейных гравитационных аномалиях. Последний был получен в рамках программы GRAIL двумя орбитальными аппаратами NASA, которые вращались вокруг Луны в период с 2011 по 2012 год, измеряя незначительные колебания гравитационного притяжения. Исследователи обнаружили, что полученные зондами гравитационные характеристики совпадают с результатами моделирования. «Ильменитовые породы мигрировали на ближнюю сторону Луны и погружались внутрь в виде пластинчатых каскадов, оставляя после себя следы, которые вызывают аномалии в гравитационном поле Луны, как и было зафиксировано GRAIL», - пояснил Вейган Лян.
Наблюдения команды также позволяют определить период, когда это произошло. Согласно полученным данным, линейным гравитационным аномалиям мешают самые крупные и старые ударные кратеры на ближней стороне Луны, а значит, породы должны были образоваться раньше. Ученые предполагают, что богатый ильменитом слой «пошел ко дну» около 4,22 млрд лет назад. Это подтверждает теорию, что он способствовал более позднему вулканизму, наблюдаемому на поверхности Луны.
По мнению исследовательской группы, с одной стороны – обнаружение аномалий лунной гравитации подтверждает теорию о погружении плотного слоя в недра Луны и позволяет более точно оценить, как и когда произошло это событие, но с другой стороны – то, что мы видим на поверхности Луны, вызывает еще больше вопросов. По словам Джеффри К. Эндрюс-Ханны из Аризонского университета, «Луна фундаментально однобока во всех отношениях» – ее ближняя сторона, обращенная к Земле, – а особенно темная область, или область океана, расположена ниже по высоте, имеет более тонкую кору, была в значительной степени покрыта потоками лавы и имеет высокую концентрацию редких металлов, таких как титан и торий. При этом, ее дальняя сторона отличается в каждом из этих аспектов.
Считается, что смещение лунной мантии могло быть связано с уникальной структурой и историей формирования области ближней стороны Луны. Но детали этого смещения были предметом серьезных споров среди ученых. Новая работа ученых связывает воедино геофизические данные о внутреннем строении Луны и компьютерные модели ее эволюции. «Впервые у нас есть физические доказательства, показывающие, что происходило в недрах Луны на этом критическом этапе ее эволюции, и это действительно захватывающе», - подчеркивает Эндрюс-Ханна. Ученые ожидают, что во время будущих полетов удастся лучше изучить, как устроен естественный спутник Земли внутри. «Когда астронавты «Артемиды» в конце концов высадятся на Луну и начнут новую эру ее освоения человеком, у нас будет совсем другое представление о нашем «соседе», чем то, которое было, когда экипаж «Аполлона» впервые ступил на него», - добавил Вейган Лян.