Луну принято считать застывшим миром, который почти не менялся с момента своего бурного рождения, однако образцы грунта миссии «Чанъэ-5» доказали, что вулканы на ней извергались ещё два миллиарда лет назад. Новое компьютерное моделирование показало, что поддерживать вулканизм на Луне так долго могла гравитация Земли, буквально разминавшая недра близкого спутника.
Обыденный взгляд рисует наш спутник статичной каменной сферой, чей облик со временем меняют лишь редкие удары астероидов. Физика подтверждает эту картину: согласно общепринятой модели, Луна сформировалась около 4,5 миллиарда лет назад, когда в молодую Землю врезалась крупная протопланета Тейя, выбросив на орбиту облако обломков. Поскольку из этого материала сложилось сравнительно небольшое тело — примерно вчетверо меньше Земли, — внутреннее тепло от образования должно было быстро улетучиться в космос, оставив Луну геологически мёртвой.
Однако лунный грунт нарушил этот аккуратный сценарий. Китайская миссия «Чанъэ-5» доставила на Землю образцы базальтов из Океана Бурь, и лабораторное датирование показало, что им всего около двух миллиардов лет. Базальты рождаются исключительно в действующих вулканах или в сходных условиях экстремального давления и высоких температур. По классическим геологическим меркам, спустя два с лишним миллиарда лет после рождения спутника в его недрах просто не должно было оставаться жара для плавления пород.
Планетологи пытались объяснить позднее плавление лунной породы двумя привычными механизмами, но оба варианта не сошлись с расчётами. Первым подозреваемым стал распад радиоактивных элементов — в частности калия и урана, выделяющих тепло в недрах. Проблема в том, что к отметке в два миллиарда лет назад на Луне уже не оставалось достаточного запаса нераспавшегося материала, способного растопить кору до состояния базальтовой магмы.
Вторая версия связывала поздние базальты с падениями астероидов. Крупные столкновения действительно способны вызывать локальные тепловые всплески на поверхности и в верхних слоях коры. Но эпоха интенсивной бомбардировки, подарившая Луне большинство её кратеров, завершилась задолго до того, как сформировались доставленные «Чанъэ-5» породы.
Чтобы разгадать парадокс, группа исследователей под руководством Мяо Чэня из Технологического университета Чэнду в публикации для журнала Planet обратилась к гравитации — а именно к явлению приливного разогрева. Этот эффект возникает, когда небесное тело движется по вытянутой эллиптической орбите вокруг более массивного соседа и постоянно испытывает перепады притяжения. Планета то сжимает, то растягивает спутник, превращая механическую деформацию пород во внутреннее трение и тепло. Самый яркий пример такой «гравитационной разминки» в Солнечной системе — спутник Юпитера Ио, который непрерывно извергается под воздействием титанического притяжения планеты-гиганта.
Сегодня Луна ведёт себя спокойно и не проявляет признаков подобного сжатия, но в далёком прошлом обстановка была иной. Два миллиарда лет назад спутник находился значительно ближе к Земле и совершал полный оборот вокруг неё не за нынешние 27 суток, а всего за 16. Его орбита к тому же обладала куда большим эксцентриситетом и напоминала скорее вытянутый овал, чем окружность. При каждом сближении и удалении Земля подвергала лунные недра мощному ритмичному сжатию.
О вытянутой древней орбите Луны астрономы знали давно, но предыдущие расчёты упускали важную деталь внутреннего строения спутника. В прежних моделях Луну упрощённо описывали как почти однородный шар, хотя между её ядром и мантией скрывается слой породы со сверхнизкой вязкостью. Когда команда Чэня загрузила реалистичную трёхмерную структуру мантии в симуляцию конвекции, распределение тепла резко изменилось.
Вместо того чтобы рассеиваться равномерно по всей толще спутника, энергия приливных деформаций сфокусировалась в двух симметричных областях вдоль границы ядра и мантии. Учёные назвали эти участки зонами аномального приливного разогрева (THAZ). Расчёты для эпохи 3,2 миллиарда лет назад показали впечатляющую концентрацию энергии: занимая лишь 2,5% общего объёма мантии, эти две области поглощали 150 гигаватт мощности — более чем в четыре раза больше тепла, чем давал весь радиоактивный распад в недрах Луны.
Открытый механизм позволяет свести воедино сразу несколько давних загадок лунной истории. Мощный приливный подогрев не давал остыть лунному ядру, благодаря чему спутник удерживал собственное магнитное поле гораздо дольше, чем предсказывали старые модели. Это изящно объясняет аномалию образцов программы «Аполлон», которые, судя по всему, сформировались в сильном магнитном поле, хотя к тому времени внутреннее динамо Луны уже должно было заглохнуть.
Помимо поддержки ядра, сосредоточенное в зонах THAZ тепло порождало гигантские мантийные плюмы, поднимавшиеся к лунной коре. Спустя миллиарды лет, когда Луна уже отдалилась от Земли и её орбитальный «приливный двигатель» стих, эти изолированные карманы разогретой мантии смогли расплавиться и породить молодые базальты Океана Бурь.
При всей стройности новой картины авторы подчёркивают, что геологическое прошлое Луны всё ещё таит множество белых пятен. Работа основана на компьютерном моделировании, и на данном этапе механизм приливных аномалий остаётся красивой, но ещё не доказанной теорией. Окончательную точку в споре о том, почему наш сосед так долго отказывался остывать, смогут поставить многочисленные лунные миссии, запланированные на ближайшее десятилетие.