Обратная сторона Луны долгое время оставалась для нас terra incognita, и только в середине XX века космические аппараты впервые передали снимки этих мрачных, густо усеянных кратерами ландшафтов. Именно там, вдали от любопытных глаз землян, зияет исполинский шрам, оставленный одним из самых яростных столкновений в истории Солнечной системы. Но настоящая сенсация ждала ученых не на поверхности, а глубоко в недрах спутника. Под гигантской впадиной приборы нащупали нечто колоссальное и аномально тяжелое — структуру, которой там быть вроде бы не должно. Эта находка породила жаркие споры: одни считают ее останками древнего астероида-убийцы, другие — застывшим сгустком первичного лунного океана. Попробуем разобраться в этой детективной истории, не покидая Земли.
Шрам размером с континент
Бассейн Южный полюс — Эйткен невозможно оценить взглядом, даже паря над ним на низкой орбите. Его диаметр составляет около двух с половиной тысяч километров — для сравнения, это примерно как расстояние от Москвы до Лиссабона, вытянутое в виде чудовищной чаши. Он по праву считается одной из самых масштабных ударных структур во всей Солнечной системе и занимает добрую половину обратной стороны Луны. Образовался этот исполин в результате удара, энергия которого в миллионы раз превосходила взрыв всего земного ядерного арсенала. По оценкам планетологов, тело-ударник было размером с крупный астероид или небольшую протопланету и врезалось в молодую Луну около четырех миллиардов лет назад. Этот катаклизм буквально вывернул лунные недра наизнанку, расплавив кору и выбросив глубинные породы наружу.
Если взглянуть на топографическую карту бассейна, отмеченную цветами от насыщенно-синего до красного, сразу бросается в глаза чудовищный перепад высот. Самая низкая точка лежит почти на тринадцать километров глубже окружающих горных хребтов на валу кратера. Для сравнения, глубина Марианской впадины на Земле чуть превышает одиннадцать километров, то есть лунная впадина уходит вглубь сильнее, чем океанские бездны. Любопытно, что кора в этом месте истончена до предела и местами не превышает нескольких километров, словно небесное тело сорвало скальп с Луны, оголив ее мантию. Именно это обстоятельство десятилетиями манило геологов: бассейн открывает естественное окно в состав лунных недр, куда бурить пришлось бы сотни километров. Неудивительно, что и американская программа «Артемида», и китайские автоматические станции нацелены именно на этот регион для сбора грунта.
Однако долгое время никто не догадывался, что под дном этой гигантской воронки покоится еще более удивительная аномалия. Ведь бассейн и без того считался гравитационной загадкой: остаточный рельеф должен был создавать определенную картинку притяжения, но расхождения с моделями оставались необъяснимыми. Планетологи чувствовали, что под поверхностью прячется массивный «довесок», но достоверно взвесить его не позволяла точность приборов. Потребовалась целая хитроумная космическая миссия, чтобы буквально прощупать гравитационное поле Луны до мельчайших деталей. И когда данные, наконец, попали в руки исследователей, они увидели аномалию, которую с ходу нельзя было списать ни на одну из стандартных геологических моделей.
Как ученые «взвесили» Луну и нашли невидимую тяжесть
Решающий прорыв обеспечила парная миссия NASA под названием GRAIL, два небольших аппарата которой получили имена Ebb и Flow — «Отлив» и «Прилив». Они летали друг за другом на высоте около пятидесяти километров над лунной поверхностью, а бортовые микроволновые дальномеры с ювелирной точностью измеряли дистанцию между ними. Когда ведущий зонд проходил над участком с чуть более высокой плотностью, гравитация слегка ускоряла его, и расстояние до ведомого увеличивалось на ничтожные доли микрона. Эти колебания, сопоставимые с шириной красных кровяных телец, регистрировались приборами и позволили составить самую детальную карту гравитационного поля спутника за всю историю науки. На ней яркими пятнами проявились масконы — области концентрации массы, лежащие в основном под крупными кратерами.
Однако сырая гравитационная карта еще не давала ответа на вопрос, что именно находится под землей. Впадина бассейна сама по себе создает дефицит массы, ведь там вместо плотных пород зияет пустота, заполненная раздробленным материалом. Чтобы отделить влияние рельефа от глубинных аномалий, ученые совместили данные GRAIL с топографической съемкой, полученной лазерным альтиметром зонда Lunar Reconnaissance Orbiter. Они рассчитали, какое притяжение должно создавать вещество, просто заполняющее форму видимой чаши, и вычли эту расчетную величину из реального поля. Осталась так называемая аномалия Буге — истинное распределение массы в недрах, очищенное от поверхностных эффектов. И тут-то под центром бассейна проявилась область настолько плотная, что исследователи поначалу перепроверяли данные несколько раз.
Подземная структура расположилась на глубине более трехсот километров и содержала избыточную массу, эквивалентную примерно 2,18 квинтиллиона килограммов. Чтобы представить эту цифру, ведущий автор открытия Питер Джеймс из Бэйлорского университета предложил житейский образ: «Представьте, что вы взяли груду металла, в пять раз превышающую по размеру Большой остров Гавайи, и закопали ее под землей. Примерно столько неожиданной массы мы и обнаружили». Речь идет не об огромном астероиде, дрейфующем в пустоте, а именно о компактном уплотнении, затаившемся под десятками километров мантийного вещества. Подобные аномалии иногда встречаются под лунными морями, но масштаб этой превзошел все мыслимые ожидания, а ее положение под гигантским ударным бассейном навело на мысль о прямой связи с катастрофой.
Сразу стало ясно, что списать находку на простое утолщение коры или скопление обычных базальтов не получится — плотность там колоссальная. В статье, опубликованной в Geophysical Research Letters, команда Джеймса прямо заявила, что одна из гипотез требует присутствия в недрах металла внеземного происхождения. Параллельно вычислили и объем аномалии, и ее положение точно под центром удара. Это заставило задуматься о том, что под обратной стороной Луны может покоиться не просто геологическая диковина, а самое настоящее ядро древней планеты-странницы. Впрочем, осторожные ученые не спешили с громкими заявлениями и предложили альтернативное объяснение, уходящее корнями в бурную молодость самой Луны.
Железное сердце астероида или застывший океан магмы?
Первая, самая захватывающая версия, которую сегодня обсуждают на всех планетологических конференциях, рисует картину лобового, но слегка касательного удара. Если тело, врезавшееся в Луну, было достаточно крупным и обладало железо-никелевым ядром, как у полноценной протопланеты, то при колоссальных давлениях и температурах его силикатная оболочка испарилась, а плотное ядро уцелело. Расплавленный металл не разбрызгался по всей округе миллионами мелких капель, а глубоко внедрился в размягченную мантию спутника и постепенно погрузился на сотни километров. Компьютерное моделирование, проведенное в нескольких научных группах, показывает, что при определенных углах и скоростях удара ядро ударника действительно может остаться относительно целостным сгустком. Именно такую картину обрисовал Питер Джеймс, заметив: «Одно из объяснений этой дополнительной массы заключается в том, что металл астероида, сформировавшего этот кратер, до сих пор встроен в мантию Луны».
Если данная гипотеза подтвердится, мы впервые получим прямое свидетельство того, что недра планет и лун могут служить гигантским кладбищем погибших небесных тел. Представьте себе: миллиарды лет под нашими ногами, пусть и очень глубоко, хранятся осколки протопланет, которые не смогли вырасти во что-то большее. Это бы отлично вписалось в современную теорию формирования Солнечной системы, где катастрофические столкновения были скорее правилом, чем исключением. Однако геологическая летопись Земли почти стерта тектоникой, тогда как мертвая Луна может хранить эти свидетельства в первозданном виде.
Но у научного сообщества всегда есть запасной, более консервативный сценарий, опирающийся на внутреннюю эволюцию спутника. Вскоре после своего рождения Луна, по расчетам, была полностью покрыта глобальным океаном расплавленной магмы глубиной в сотни километров. По мере остывания в этом пылающем море начали кристаллизоваться и опускаться на дно тяжелые минералы, богатые железом и титаном, вроде ильменита. Поскольку Луна остывала быстро и неравномерно, эти плотные «капли» могли не успеть достичь самого центра, застряв на полпути и образовав мантийные скопления колоссальной массы. В той же работе Джеймс и его соавторы не исключили и такой поворот: «Другая возможность заключается в том, что масса представляет собой концентрацию плотных оксидов, связанных с последней стадией затвердевания лунного магматического океана». Иными словами, аномалия может быть не пришельцем, а своеобразным «затонувшим континентом» из оксидных пород.
Какая из этих двух точек зрения победит, покажет лишь новое поколение космических миссий. Уже в ближайшие годы в район бассейна Южный полюс — Эйткен отправятся луноходы, которые пробурят поверхность и доставят образцы грунта на Землю. Изотопный анализ крупиц с глубины в несколько метров позволит отличить вещество «местного» производства от металла, родившегося где-то далеко за пределами системы Земля-Луна. А установка на обратной стороне сейсмических датчиков поможет «прощупать» недра волнами от небольших лунотрясений, выявив контуры загадочной массы. Пока же эта невидимая глыба остается немым стражем давно минувшей эпохи, напоминающим, что Луна способна преподносить сюрпризы, до которых еще расти и расти самым смелым научным фантазиям.
Подписывайтесь на канал, чтобы не пропустить новые статьи и ставьте нравится.
