С момента первых полетов вокруг Луны мы знаем, что ближняя и дальняя стороны нашего естественного спутника сильно отличаются друг от друга, но почему?
Новые данные подтвердили теории о том, как формировалась лунная мантия, и позволили с большей точностью определить время этого важного для нашего астрономического спутника события. В ходе исследования удалось выяснить, почему ближняя и дальняя стороны имеют такой разный химический состав, и только на одной из них есть “моря”.
Считается, что, как и Земля, Луна имеет ядро, мантию и кору, но лунная мантия затвердела очень давно. Геология Луны проще земной, но изучить ее гораздо сложнее, поэтому еще остаются важнейшие вопросы о процессе формирования лунных пород. Однако общая картина наконец-то вырисовывается.
Стандартная теория формирования лунной коры предполагает, что богатые ильменитом (FeTiO3) породы образовались из океана магмы, покрывавшего Луну, когда она только сформировалась из материала, выброшенного при столкновении, в результате которого она образовалась. Ильменитовая составляющая ранней коры была тяжелее жидкой мантии, которая находилась под ней, — ситуация была нестабильной и не могла продолжаться долго. В результате ильменитоносные породы опустились в результате так называемого глобального переворота мантии.
«Наша Луна буквально вывернула себя наизнанку», — говорит соавтор исследования доктор Джефф Эндрюс-Ханна из Университета Аризоны. «Но до сих пор было мало физических доказательств, которые могли бы пролить свет на точную последовательность событий во время этой критической фазы лунной истории, и существует много разногласий в деталях того, что произошло — в буквальном смысле слова».
Одни ученые утверждают, что это было одно стремительное событие, другие — что погружение происходило по частям.
Часть ильменита в конце концов вернулась на поверхность при извержении вулканов. К тому времени кора была достаточно толстой, чтобы удерживать этот материал, поэтому он остался на поверхности, и астронавты «Аполлона» нашли его в так называемых ильменитоносных кумулятах (IBC).
Однако в этой истории есть одна проблема, которая заключается в том, что модели этого процесса предсказывают то, что авторы нового исследования называют «глобально симметричным слоем» IBC. Однако мы видим совсем другое: ильменитоносные кумуляты сконцентрированы в так называемой области KREEP Океана Бурь, где в изобилии присутствуют калий и редкоземельные элементы.
Это означает, что IBC сосредоточены на той стороне Луны, которая обращена к Земле, но вопрос о том, как они туда попали вызывает много споров. Решение этого вопроса может объяснить более важный вопрос о том, почему две стороны так сильно отличаются друг от друга.
Считается, что гравитационные аномалии в районе KREEP регионов представляют собой остатки последней стадии переворота лунной мантии. Разобравшись с их распределением, можно выяснить, что произошло и почему IBC распределены так неравномерно. Авторы заметили совпадение между этими некогда совпадавшими аномалиями и закономерностями, полученными в опубликованной модели опрокидывания мантии.
После того как прошли ранние эпохи в эволюции Луны, доминирующим геологическим процессом стали астероидные удары, поэтому очевидным объяснением наблюдаемой асимметрии является массивное воздействие. Модель приписывает опрокидывание событию, вызвавшему образование гигантского бассейна на дальней стороне Луны в районе южного полюса, известного как ударный Бассейн Южный полюс — Эйткен (SPA).
«Наш анализ показывает, что модели и данные рассказывают одну удивительно последовательную историю», — говорит соавтор исследования аспирант Вейганг Лян. «Ильменитовые материалы мигрировали на ближнюю сторону и погружались вглубь нашего спутника листоподобными каскадами, оставляя после себя остатки, которые вызывают аномалии в гравитационном поле Луны».
Распределение остатков ильменитоносных кумулятов и предполагаемый возраст крупнейших бассейнов Луны привели авторов к выводу, что переворот произошел не менее 4,09 миллиарда лет назад и, вероятно, начался не менее чем за 130 миллионов лет до этого. Согласно моделям, этот процесс занял 100-300 миллионов лет. Считается, что ударный Бассейн Южный полюс — Эйткен образовался 4,25 миллиона лет назад, но авторы предполагают, что это могло произойти несколько раньше.
«Аномалии на границе KREEP региона в Океане Бурь представляют собой самое прямое физическое доказательство природы постмагматического опрокидывания кумулятивной мантии океана и погружения ильменита в глубокие недра», — пишут авторы.
«Оказывается, самая ранняя история Луны написана под поверхностью, и потребовалось лишь правильное сочетание моделей и данных, чтобы раскрыть эту историю», — говорит Эндрюс-Ханн.
Работа опубликована в журнале Nature Geoscience.
Читайте также: Через 7,6 миллиардов лет Луна вернется на Землю, чтобы умереть
