Ближняя и дальняя стороны Луны очень разные. Причиной этому может быть химический элемент торий — тяжелый слаборадиоактивный металл

На протяжении десятилетий ученых озадачивала загадка: аномальные «горячие пятна» с радиоактивными следами на поверхности Луны. Теперь у ученых есть ответ, и он может повлиять на наше понимание формирования планет и даже происхождения жизни.

У Луны было тяжелое детство. Во-первых, она появилась вследствие столкновения Земли с космическим объектом размером с Марс. Это произошло около 4,5 миллиарда лет назад. Согласно теории, Луна провела свои ранние годы в виде расплавленного шара магмы. Примерно полмиллиарда лет спустя Луна столкнулась с огромным космическим каменистым объектом, который оставил гигантский ударный кратер под названием Бассейн Южный полюс-Эйткена (South Pole–Aitken basin, SPA). Он находится на обратной стороне Луны и простирается примерно на 1600 миль. Далее в статье, упоминая этот кратер, будем кратко говорить “SPA”.

Как самая старая, самая глубокая и самая большая ударная структура Луны и одна из крупнейших Солнечной системы, SPA долгое время очаровывал ученых. В частности, не поддается четкому объяснению его странный химический состав, не похожий ни на что другое на дальней стороне Луны.

Теперь группа исследователей представила доказательства того, что в результате удара произошел выброс радиоактивного материала из глубокого слоя, который когда-то существовал между расплавленной мантией молодой Луны и ее кристаллизующейся корой, впоследствии исчезнувший с обратной стороны Луны.

«Результаты имеют важное значение для понимания, как формировалась и эволюционировала Луна, особенно того, почему ее ближняя и дальняя стороны так сильно различаются. Предполагается, что образцы из SPA «должны рассматриваться в числе наиболее приоритетных целей для развития планетарных исследований» — говорится в исследовании, опубликованном в JGR Planets (Journal of Geophysical Research: Planets, рус. Журнал геофизических исследований: планеты).

«Это первый случай прямых доказательств такого рода расслоения верхней мантии», — сказал руководивший исследованием Дэниел Мориарти, ученый из Центра космических полетов имени Годдарда (NASA Goddard Space Flight Center).

«Это важно для многих существенных вопросов, как например, происхождение жизни», — сказал он. «Поскольку Луна неразрывно связана с Землей из-за своего гигантского ударного образования, это также многое говорит о Земле».

В течение многих лет ученые были озадачены асимметричным распределением на Луне так называемых KREEP — краткое обозначение-акроним лунных пород, состоящих из: калия — K, редкоземельных элементов — REE и фосфора — P. Наличие этих элементов связано с вулканической деятельностью. Это может частично объяснить причину их концентрации на ближней стороне Луны, поскольку в прошлом эта сторона была гораздо более вулканически активной. Но возникает вопрос: как аномальные горячие пятна KREEP оказались в SPA, на дальней стороне Луны, где вулканизм был редкостью?

Одна из гипотез предполагает, что ранняя лунная эволюция привела к секвестрации KREEP на ближней стороне, прежде чем Луна начала охлаждаться и кристаллизоваться в ее нынешнюю форму. В этой модели странные отложения в SPA объясняются влиянием случая, например, ударом космического тела по ближней стороне Луны, в результате чего часть KREEP отбросило на дальнюю ее сторону.

«Некоторые очень интересовались тем, возникли ли эти горячие пятна вследствие перемещения частиц с ближней стороны», — сказал Мориарти. «Я думаю, что люди были немного обмануты, потому что эти частицы распространены на ближней стороне и они тесно связаны с вулканическими процессами».

«Судя по данным, которые мы смотрим и интегрируем, похоже, что KREEP-частицы были выпущены из SPA на обратной стороне Луны, то есть они не могли быть секвестированы только на ближней стороне. И они распространились по всей территории».

Мориарти и его коллеги смогли обнаружить нетронутые остатки этого древнего радиоактивного выброса, который, по их мнению, является характерным для дальней стороны Луны. В этом им помогли данные двух проектов: NASA’s Lunar Prospector (американская автоматическая межпланетная станция для исследования Луны, созданная в рамках программы НАСА «Discovery») и Moon Mineralogy Mapper (M3) («Картограф лунной минералогии») — инструмента, которым НАСА посодействовала развитию проекта Индийский лунный зонд Чандраяан-1 (Chandrayaan-1).

Lunar Prospector, который конец 1990-х провел на полярной орбите вокруг Луны, был оснащен гамма-спектрометрами и нейтронными спектрометрами, которые позволяли ему регистрировать радиоактивные сигналы с поверхности. Приборы обнаружили обильные отложения тория — слаборадиоактивного элемента, который является и ключевым индикатором KREEP в SPA.

Комментарий к иллюстрации: Удар, образовавший SPA — самый большой известный кратер Луны (англ. South Pole–Aitken basin, Бассейн Южный полюс — Эйткен) на дальней стороне луны, вызвал извержение торий-содержащих материалов из глубин лунной мантии. Карта показывает концентрацию тория в кратере, измеренную автоматической межпланетной станцией Lunar Prospector и иллюстрирует, как распределены по лунной поверхности следы выброса лунной мантии.

Инструмент M3, который был выведен на лунную орбиту с помощью лунного зонда Чандраяан-1 в 2008 году, представлял собой спектрометр ближнего инфракрасного диапазона, предназначенный для составления карты более широких минералогических свойств лунной поверхности. Объединив эти два набора данных из проектов, которые прекратились более десяти лет назад, Мориарти и его коллеги смогли раскрыть новые идеи о загадочных горячих пятнах на SPA.

«Это дар, который продолжает одаривать нас», — сказал Мориарти о прошлых исследованиях Луны. «Мы до сих пор узнаем случайные вещи из 90-х и 2000-х годов». «Широта этого исследования и подхода объединяют различные вопросы», — добавил он. «Это не получилось бы сделать только с одним набором данных. Необходимо объединить факт содержание тория из Lunar Prospector с распределением минералогического состава из Moon Mineralogy Mapper, потому что в противном случае мы получим только неполную часть картины».

Исследование предполагает, что слой KREEP с его радиоактивными элементами существовал на всей территории молодой Луны, между лунной мантией и корой, когда произошло столкновение, вызвавшее SPA. Абсолютная сила этого столкновения, возможно, на самом деле была катализатором, который подтолкнул KREEP-частицы к ближней стороне Луны, но потребуется больше наблюдений, исследований, моделирования и, в идеале, образцов, чтобы понять, могло ли это случиться и как. 

«Некоторые думают, что это асимметричное распределение радиоактивных элементов было заложено в самом начале», — сказал Мориарти. «Наша газета показывает, что это не так. Эти элементы находятся на всей территории, поэтому нужны аргументы для объяснения, почему ближняя и дальняя стороны Луны так отличаются».

Размеры этой загадки простираются далеко за пределы Луны. По мере того как люди исследуют множество миров нашей солнечной системы, а также экзопланеты, которые мы обнаружили за ее пределами, наш ближайший небесный спутник продолжает оставаться важным источником понимания планетарной эволюции в целом.

«Причина, по которой мы так интересуемся Луной, заключается в том, что она служит фундаментальным показателем для понимания других каменистых тел», — сказал Мориарти. «Разнообразие каменистых тел, которые мы наблюдали и обнаруживали, растет с каждым днем, поэтому более глубокое понимание того, как эти тела работают, поможет нам понять, в каких солнечных системах они находятся и какие условия могут быть обнаружены на этих планетах спустя время.”

К счастью, вполне возможно, что вскоре ученые смогут проанализировать некоторые из этих столь дефицитных образцов.

«С научной точки зрения, некоторые из этих материалов доступны на SPA для миссий пилотируемой космической программы НАСА Артемида (Artemis)», — сказал он, ссылаясь на план НАСА по возвращению людей на Луну в этом десятилетии. «Это важный момент, поскольку благодаря результатам исследования этих образцов мы можем многое узнать о том, как именно формировалась и развивалась мантия Луны».

Реклама которая может быть полезна

Прямо сейчас в OTUS действуют максимальные новогодние скидки на все курсы. Ознакомиться с полным списком курсов вы можете по ссылке ниже. Также у всех желающих есть уникальная возможность отправить адресату подарочный сертификат на обучение в OTUS.

Кстати, о "красивой упаковке" онлайн-сертификатов мы рассказываем в этой статье.

ЗАБРАТЬ СКИДКУ