Артемида вышла на охоту: к каким открытиям приведёт анализ образцов грунта со спутника Земли

Когда астронавты программы NASA "Артемида" в ближайшие годы впервые высадятся вблизи южного полюса Луны, они окажутся в месте, которое учёные уже называют естественным "архивом рождения Луны". Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, проливает свет на одну из старейших и величайших тайн лунной геологии — как сформировалась наша спутница и почему её ближняя и дальняя стороны настолько различаются.

След древней катастрофы

Около 4,3 миллиарда лет назад, когда Солнечная система только формировалась, гигантский астероид столкнулся с обратной стороной Луны. Удар был настолько мощным, что оставил бассейн Южный полюс — Эйткен (South Pole-Aitken, SPA) — кратер длиной около 1900 километров и шириной 1600 километров. Это одна из самых крупных ударных структур в Солнечной системе.

По данным новой работы планетолога Джеффри Эндрюса-Ханны из Университета Аризоны, астероид вошёл в лунную поверхность под углом с севера на юг, а не наоборот, как предполагалось раньше. Такой удар оставил характерный "каплевидный" след, сужающийся в направлении движения, и привёл к выбросу вещества из глубин лунных недр.

"Миссии "Артемида" высадятся как раз на южном, нисходящем краю кратера — в зоне, где должно скопиться наибольшее количество выброшенного из недр Луны материала", — отметил Эндрюс-Ханна.

Эта часть впадины особенно интересна для учёных: именно там радиоактивные элементы, включая торий, собраны в необычно высокой концентрации.

Как удар изменил внутреннюю структуру Луны

Команда Эндрюса-Ханны сопоставила данные топографии, толщины коры и химического состава поверхности, чтобы понять, как удар сформировал лунный рельеф. Оказалось, что южная часть бассейна покрыта толстыми слоями выброшенных пород, тогда как северная сторона сохранила более тонкий слой.

Это различие объясняет распределение тепла и элементов внутри Луны и помогает ответить на вопрос, почему обратная сторона Луны усеяна кратерами, а ближняя — гладкая и покрыта лавовыми равнинами.

Что такое KREEP — ключ к "лицу Луны"

Учёные давно подозревали, что в ранние эпохи Луна была покрыта океаном магмы. Когда она остывала, плотные минералы опускались вниз, образуя мантию, а лёгкие поднимались вверх, формируя кору. Однако часть вещества не успела "встроиться" в эти слои и осталась в виде богатой расплавленной смеси — калия (K), редкоземельных элементов (REE) и фосфора (P). Так появилось понятие KREEP — своеобразного "остатка" лунного океана магмы.

"Это как банка газировки в морозилке: когда вода замерзает, сироп концентрируется в последних каплях жидкости. Мы думаем, что нечто подобное произошло на Луне с KREEP", — пояснил учёный.

Именно породы, богатые KREEP, сконцентрировались на ближней стороне Луны, сделав её более тёплой и вулканически активной. В результате там возникли тёмные "моря" лавы, формирующие узнаваемое "лицо" Луны, видимое с Земли.

Почему стороны Луны так различаются

Одной из главных загадок остаётся толщина лунной коры: на обратной стороне она значительно толще. По мнению исследователей, это связано с тем, что по мере затвердевания океана магмы расплав выдавливался из-под утолщающейся коры дальней стороны, словно зубная паста из тюбика, и стекал к ближней. Именно там оказалась основная масса богатого радиоактивными элементами вещества.

Новые данные, полученные при анализе бассейна SPA, подтверждают эту гипотезу. На западном склоне впадины обнаружено высокое содержание тория и других радиогенных элементов, тогда как восточная сторона бедна ими. Это указывает на то, что удар пробил границу между двумя типами коры — обычной и насыщенной остатками магматического океана.

"Распределение и состав материалов совпадают с моделями поздних стадий эволюции лунного океана магмы", — отметил Эндрюс-Ханна.

Почему это важно для будущих миссий

Астронавты программы "Артемида" высадятся именно на нижней границе бассейна Южный полюс — Эйткен, где концентрируются самые древние выбросы. Эти породы могут хранить следы первых миллиардов лет истории Луны, а значит, помогут понять, как формировались спутники планет вообще.

"Когда мы доставим образцы на Землю, они расскажут о ранней эволюции Луны даже больше, чем предполагалось", — заявил Эндрюс-Ханна.

В Университете Аризоны уже готовят оборудование для анализа будущих образцов. Учёные рассчитывают, что исследование состава этих пород даст ключ к пониманию, как менялись недра Луны, почему "лицо" обращено к Земле и как распределялись тепло и радиоактивные элементы внутри спутника.

Что могут найти астронавты

1. Породы KREEP — редчайшие минералы, образовавшиеся из последних капель магматического океана.
2. Фрагменты выбросов из мантии — вещество, выброшенное из глубины Луны при ударе.
3. Следы древней радиоактивности — остатки тория и урана, указывающие на тепловую историю Луны.
4. Кристаллы, "запечатавшие" время — породы, сохранившие первичный химический состав и структуру.

Наука и символизм миссии "Артемида"

Для NASA проект Artemis — не только возвращение человека на Луну спустя более чем полвека, но и попытка понять, почему Луна стала такой, какой мы её видим сегодня. Исследование бассейна SPA помогает уточнить, где именно стоит искать ответы — и почему именно южный полюс стал идеальной точкой посадки.

Уточнения

Артеми́да (др.-греч. Ἄρτεμις) — в древнегреческой мифологии вечно юная богиня охоты, женского целомудрия, покровительница всего живого на Земле, дающая счастье в браке и помощь при родах, позднее богиня Луны (её брат Аполлон был олицетворением Солнца).

Ю́жный по́люс Луны́ вызывает у учёных особый интерес из-за наличия на нём постоянно затенённых областей, содержащих лёд. Суммарная площадь областей, остающихся в тени на южном полюсе Луны, гораздо больше, чем на северном. Многие кратеры южного полюса Луны примечательны тем, что солнечный свет никогда не достигает их дна. Именно это позволяет им накапливать лёд в течение многих миллионов лет.