Детали открытия
Поверхность Луны химически асимметрична, обнаружили ученые. Теперь они выяснили, что ее мантия буквально перевернулась вверх ногами миллиарды лет назад, еще когда спутник был совсем молодым. То, что было на его поверхности, ушло под землю, а то, что было внизу, поднялось на поверхность.
Смотрите также Анализ метеорита показал, что когда-то на Луне было много воды
Исследователи, изучающие Луну, думали о переворачивании лунной мантии в течение десятилетий. Теперь они получили новые доказательства в поддержку этой теории. Возглавляемая планетологами Вейгангом Ляном и Адрианом Броке из Университета Аризоны, команда обнаружила, что гравитационная карта Луны лучше всего соответствует этой модели переворачивания мантии.
В серии симуляций ученые показали, как гравитационные аномалии на ближней стороне Луны согласуются с наличием и расположением плотных пород, содержащих плотные минералы, которые сохранились с первых дней существования Луны.
Эта интерпретация подтверждается убедительным сходством между наблюдаемой структурой, величиной и размерами гравитационных аномалий и теми, что были предсказаны геодинамическими моделями кумулятивных остатков с содержанием титанистого железняка,
– пишут исследователи в своей работе.
Исследователи также точно установили дату, когда произошел этот переворот: около 4,22 миллиарда лет назад, вскоре после того, как Луна образовалась из куска Земли, отколовшегося во время сильного столкновения в начале истории Солнечной системы.
Визуализация формирования Луны: видео
Особенная Луна
Одна из самых удивительных особенностей Луны связана с ее поверхностью. На ближней стороне спутника есть регион, который описывают как "геохимически странный". Известная под названием KREEP Terrane, эта зона богата специфическими и неожиданными металлами: калий, редкоземельные элементы и фосфор. KREEP Terrane также пересекается с так называемыми лунными морями — большими базальтовыми равнинами, которые являются результатом вулканической активности. Этот базальт богат минералом ильменит. Составленный преимущественно из титана и железа, ильменит достаточно плотный, как и горная порода, в которой он находится.
Это вызывает удивление, поскольку горные породы под ним менее плотные. Исходя из логики поведения пород, можно было бы ожидать, что ильменитсодержащие соединения (IBC), погрузились глубже в Луну, а менее плотные породы поднялись на поверхность. Но реальная ситуация иная.
Как KREEP Terrane, так и IBC можно объяснить геодинамическими процессами, происходившими вскоре после образования Луны. Когда она была еще горячей и пористой, она, предположительно, была покрыта океаном расплавленной магмы, который охлаждался, образуя кору и мантию. По этому сценарию, когда магма достигает конца процесса охлаждения и кристаллизации, плотные минералы, такие как ильменит, формируются в слое между корой и мантией, а элементы KREEP концентрируются в жидком резервуаре.
Это схематическое изображение показывает IBC зеленым цветом, а тепловую аномалию, вызванную гигантским ударом, — коричневым / Фото Adrien Broquet, LPL/Nan Zhang, PKU
Ожидается, что эти плотные минералы опускаются к лунному ядру. Но без моделирования физических процессов, которые происходили внутри Луны во время ее формирования, ученые не могли быть уверены, что именно так и произошло. Также возможно, что после этого начального погружения внутрь, IBC нагрелись и снова поднялись, перевернув мантию в процессе. Это объяснило бы и KREEP Terrane, и богатые титаном базальты, которые извергались на поверхность в результате вулканизма. По этому сценарию оба набора элементов должны были бы в итоге более-менее равномерно распределиться по лунной мантии, но это не то, что обнаружили учёные.
Одно из объяснений связано с бассейном Эйткен на дальней стороне Луны — колоссальным столкновением, которое оставило кратер, покрывающий более четверти поверхности Луны. Этот удар создал горячую точку, которая могла вызвать миграцию KREEP и ильменита подальше от места удара, сконцентрировав его на ближней стороне Луны. Поскольку она находится под поверхностью, мы не можем ее увидеть, но исследователи поняли, что такая миграция должна была оставить четкие гравитационные следы.
Пример одной из гравитационных моделей, полученных в результате моделирования / Фото Liang & Broquet
Исследователи построили модели лунного опрокидывания материалов, богатых ильменитом, чтобы наблюдать гравитационные паттерны, созданные концентрациями IBC под лунной корой.
Их результаты дали четкий полигональный паттерн линейных гравитационных аномалий. Они сравнили его с данными, собранными орбитальными аппаратами Лаборатории NASA по изучению гравитации и внутренних пространств (GRAIL) – парой космических аппаратов, которые провели более года в космосе, картографируя поверхностную гравитацию на Луне.
Модели, созданные на основе теории переворачивания лунной мантии, совпали с наблюдениями, собранными GRAIL. Модель также выявила, сколько времени нужно для эволюции паттерна, ограничив время переворачивания по меньшей мере 4,22 миллиарда лет назад.
Гравитационные аномалии подтверждают предсказания, что окончательное погружение этих плотных материалов приняло форму листовидных опусканий, и что эти особенности могут сохраняться в течение всей геологической истории, ограничивая время переворачивания,
– пишут исследователи.
Таким образом, лунное гравитационное поле сохраняет древнюю запись о переворачивании лунной мантии.