До недавнего времени исследования китайского геохронолога Ли Сянь-Хуа были сосредоточены на земных расплавленных горных породах. Но когда в декабре 2020 года китайский космический аппарат доставил на Землю первые образцы грунта с Луны, учёный переключил всё своё внимание на их изучение. Как говорит Ли: «Я новичок, работающий над внеземными породами».

Ли — один из многих учёных-планетологов в Китае, которым впервые представилась возможность изучить образцы лунной породы. Они были собраны и доставлены на Землю автоматической межпланетной станцией «Чанъэ-5» — впервые со времён программы НАСА «Аполлон» и запуска советской межпланетной станции «Луна-16».

Первые исследования лунных образцов уже начинают давать захватывающие результаты. За последние полгода опубликовано около шести научных работ. Ещё шесть были представлены на конференции Lunar And Planetary Science Conference в Хьюстоне (США) на сессии, посвящённой лунным миссиям Китая.

Геолог Университета Нотр-Дам (США) Клайв Нил работал над собранными «Чанъэ-5» образцами вместе с коллегами в Китае. По его словам, в этих исследованиях участвуют много молодых китайских учёных. Китайские аспиранты и даже студенты также представляли в Хьюстоне данные о своей работе над лунными образцами. По словам Нила, образцы захватывают, потому что они «представляют собой окно в совершенно иную эпоху лунного магматизма» по сравнению с ранее собранными образцами.

Самые молодые породы

«Чанъэ-5» извлекла 1,7 кг рыхлого базальта с территории обширной лавовой равнины «Океан Бурь» (Oceanus Procellarum), расположенной в северной части Луны. Такой выбор места отчасти связан с тем, что он мог содержать более молодые образцы, чем привезённые в миссиях «Аполлон» и «Луна-16». Они могут дать представления о том, когда Луна начала остывать, будучи при этом вулканически активной.

В июле прошлого года Национальное космическое управление Китая (China National Space Administration, CNSA) передало образцы учёным. Между 31 научными проектами (из 85 заявленных) было распределено 17,5 гр мелкозернистого грунта и твёрдой породы. Вскоре последовало ещё несколько раундов заявок на работу с лунными образцами.

Первым делом команды начали датировать образцы. 7 октября один из проектов оценил возраст породы в 1,96 млрд лет (± 57 млн лет). Менее чем через 2 недели другая команда, включая Ли, подтвердила представленные датировки, оценив возраст образцов в 2 млрд лет (± 4 млн лет). Таким образом, вероятно, Луна оставалась вулканически активной по меньшей мере на миллиард лет дольше, чем было предположено после анализа образцов «Аполлона».

Согласно одной из ведущих теорий, основанной на спутниковых наблюдениях, причиной сохраняющейся вулканической активности могли быть обнаруженные в лунной мантии выделяющие тепло радиоактивные элементы, такие как калий (potassium) и торий (thorium). Но команда исследователей из IGG изучила представленные лунные образцы и обнаружила, что высокие уровни этих элементов на самом деле не были определяющим источником тепла.

Другая возможная причина может заключаться в том, что мантия содержала достаточно воды, чтобы снизить температуру плавления материалов и облегчить извержение магмы. Но учёный-планетолог IGG Лин Янгтинг вместе со своими коллегами обнаружили, что лунные породы, скорее всего, произошли из относительно сухого источника.

Сбиты с толку

Вопрос об источнике тепла поставил китайских учёных в тупик. Лин, изучавший найденные на Земле образцы метеоритов, также не знает ответ на этот вопрос.

«Это очень большая научная проблема», — утверждает планетарный геохимик Вейбяо Хсу из Обсерватории Цзыцзиньшань (Purple Mountain Observatory) в Китае. Вопрос с источником тепла показывает, как много ещё людям предстоит узнать об эволюции Луны.

Хсу, получивший для изучения два кусочка базальта, задался вопросом, может ли более пристальный взгляд на эти образцы показать, что они действительно происходят из богатого источника тепловыделяющих элементов. Недавно опубликованное исследование Лина и его коллег как раз было проведено на образцах грунта, содержащих много соответствующих материалов. В ходе работы Хсу обнаружил, что породы содержат высокую концентрацию титана. Это говорит о том, что они пришли из глубин лунной мантии.

Как говорит геохимик Пекинского университета Мин Танг, исследователи используют все возможности для изучения образцов. Это отличный шанс для Мина и других учёных, заинтересованных в расширении знаний в своей области. Мин также получил два крошечных зерна базальта. Он намерен проанализировать образцы, чтобы лучше понять уровень температуры, при которой они сформировались. Это первые лунные крупицы в жизни Танга. Ранее он занимался изучением магмы из вулканов на Земле.

На текущий момент теорий об источнике тепла на Луне предостаточно. Но Хсу утверждает, что будет много групп, пытающихся разгадать эту тайну и получить иные сведения о Луне. Многие учёные присоединились к этой области с момента прибытия образцов на Землю.

Лин ожидает, что вскоре к изучению образцов присоединится ещё больше исследователей. В течение следующих десяти лет Китай планирует миссию по получению образцов с южного полюса Луны и ещё одну миссию на Марс. «Двадцать-тридцать лет назад это было просто мечтой. Теперь она сбылась», — говорит Ли.

doi.org/10.1038/d41586-022-00683-6