|
Тайна однобокой геологии Луны
|
|
|
|
Около 4,5 миллиардов лет назад маленькая планета столкнулась с молодой Землей, выбросив расплавленную породу в космос. Постепенно обломки объединились, остыли и затвердели, образовав нашу Луну. Этот сценарий возникновения земной Луны в значительной степени согласован большинством ученых. Но подробности того, как именно это произошло, "больше похожи на приключенческий роман", по словам исследователей из Лунной и планетарной лаборатории Университета Аризоны, опубликовавших статью в журнале Nature Geoscience. Полученные результаты дают важную информацию об эволюции недр Луны и, возможно, о таких планетах, как Земля или Марс. Большая часть того, что известно о происхождении Луны, получено из анализа образцов горных пород, собранных астронавтами "Аполлона" более 50 лет назад, в сочетании с теоретическими моделями. Образцы базальтовых лавовых пород, привезенные с Луны, показали удивительно высокую концентрацию титана. Более поздние спутниковые наблюдения показали, что эти богатые титаном вулканические породы в основном расположены на обратной стороне Луны, но как и почему они туда попали, оставалось загадкой — до сих пор.
|
|
|
|
Поскольку Луна формировалась быстро и была горячей, она, вероятно, была покрыта глобальным океаном магмы. По мере того как расплавленная порода постепенно охлаждалась и затвердевала, она образовала лунную мантию и яркую кору, которую мы видим, когда смотрим на полную луну ночью. Но глубже под поверхностью молодой Луны равновесие было нарушено. Модели показывают, что последние остатки океана магмы кристаллизовались в плотные минералы, включая ильменит, минерал, содержащий титан и железо. "Поскольку эти тяжелые минералы плотнее, чем мантия под ними, это создает гравитационную нестабильность, и можно ожидать, что этот слой будет погружаться глубже в недра Луны", - сказал Вейган Лян, который руководил исследованиями в рамках своей докторской работы в LPL. Каким-то образом в последующие тысячелетия этот плотный материал все-таки просел вглубь, смешался с мантией, расплавился и вернулся на поверхность в виде богатых титаном лавовых потоков, которые мы видим на поверхности сегодня.
|
|
|
"Наша Луна буквально вывернулась наизнанку", - сказал соавтор и доцент LPL Джефф Эндрюс-Ханна. "Но было мало физических свидетельств, которые могли бы пролить свет на точную последовательность событий во время этой критической фазы лунной истории, и существует много разногласий в деталях того, что произошло — в буквальном смысле". Оседал ли этот материал по мере его образования постепенно или сразу после того, как Луна полностью затвердела? Оседал ли он глобально вглубь, а затем поднимался на ближнюю сторону, или же он мигрировал на ближнюю сторону, а затем опускался? Это была одна большая капля или несколько капель поменьше? "Не имея доказательств, вы можете выбрать свою любимую модель. Каждая модель имеет глубокое значение для геологической эволюции нашей Луны", - сказал ведущий автор Адриан Броке из Немецкого аэрокосмического центра в Берлине, который проводил эту работу в качестве научного сотрудника в LPL.
|
|
|
|
В предыдущем исследовании, проведенном под руководством Нань Чжана из Пекинского университета в Пекине, который также является соавтором последней статьи, модели предсказывали, что плотный слой богатого титаном материала под земной корой сначала мигрировал на ближнюю сторону Луны, возможно, вызванный гигантским ударом о дальнюю. сбоку, а затем погружается вглубь в виде сети листообразных плит, ниспадающих в лунные недра почти водопадами. Но когда этот материал затонул, он оставил после себя небольшие остатки в виде геометрического узора из пересекающихся линейных тел из плотного материала, богатого титаном, под земной корой. "Когда мы увидели эти предсказания модели, это было похоже на то, что загорелась лампочка, - сказал Эндрюс-Ханна. - Потому что мы видим точно такую же картину, когда смотрим на едва заметные изменения в гравитационном поле Луны, выявляя сеть плотного материала, скрывающегося под земной корой".
|
|
|
|
В новом исследовании авторы сравнили моделирование погружающегося слоя, богатого ильменитом, с набором линейных гравитационных аномалий, обнаруженных миссией НАСА GRAIL, два космических аппарата которой вращались вокруг Луны в период с 2011 по 2012 год, измеряя незначительные колебания ее гравитационного притяжения. Эти линейные аномалии окружают обширную темную область на ближней стороне Луны, покрытую вулканическими потоками, известными как mare (что в переводе с латыни означает "море"). Авторы обнаружили, что гравитационные характеристики, измеренные миссией GRAIL, согласуются с результатами моделирования ильменитового слоя и что гравитационное поле может быть использовано для составления карты распределения остатков ильменита, оставшихся после погружения большей части плотного слоя.
|
|
|
|
"Наш анализ показывает, что модели и данные рассказывают одну удивительно последовательную историю", - сказал Лян. "Ильменитовые материалы мигрировали на ближнюю сторону и погружались внутрь в виде пластинчатых каскадов, оставляя после себя следы, которые вызывают аномалии в гравитационном поле Луны, как это было замечено GRAIL". Наблюдения команды также ограничивают время этого события: линейные гравитационные аномалии прерываются самыми крупными и старыми ударными бассейнами на ближней стороне и, следовательно, должны были образоваться раньше. Основываясь на этих взаимосвязях, авторы предполагают, что богатый ильменитом слой затонул около 4,22 миллиарда лет назад, что согласуется с тем, что он способствовал более позднему вулканизму, наблюдаемому на поверхности Луны. "Анализ этих изменений в гравитационном поле Луны позволил нам заглянуть под поверхность Луны и увидеть, что находится под ней", - сказал Броке, который работал с Лиангом, чтобы показать, что аномалии в гравитационном поле Луны соответствуют тому, что можно было бы ожидать от зон плотного материала, богатого титаном, предсказанных учеными. компьютерные имитационные модели лунного переворота.
|
|
|
|
По мнению исследовательской группы, в то время как обнаружение аномалий лунной гравитации свидетельствует о погружении плотного слоя в недрах Луны и позволяет более точно оценить, как и когда произошло это событие, то, что мы видим на поверхности Луны, добавляет еще больше интриги в эту историю. "Луна принципиально однобока во всех отношениях", - сказал Эндрюс-Ханна, объяснив, что ближняя сторона, обращенная к Земле, и особенно темная область, известная как область океана, расположена ниже по высоте, имеет более тонкую кору, в значительной степени покрыта потоками лавы и имеет высокую концентрацию обычно редких металлов. такие элементы, как титан и торий. Дальняя сторона отличается в каждом из этих аспектов. Считается, что смещение лунной мантии каким-то образом связано с уникальной структурой и историей области прокеллярума на ближней стороне. Но детали этого смещения были предметом серьезных споров среди ученых. "Наша работа связывает воедино геофизические данные о внутреннем строении Луны и компьютерные модели ее эволюции", - добавил Лян.
|
|
|
|
"Впервые у нас есть физические доказательства, показывающие, что происходило в недрах Луны на этом критическом этапе ее эволюции, и это действительно захватывающе", - сказал Эндрюс-Ханна. "Оказывается, самая ранняя история Луны записана под поверхностью, и потребовалось лишь правильное сочетание моделей и данных, чтобы раскрыть эту историю". "Следы ранней лунной эволюции сегодня присутствуют под земной корой, что завораживает", - сказал Броке. - Будущие миссии, например, с использованием сейсмической сети, позволят лучше изучить геометрию этих сооружений". Лян добавил: "Когда астронавты "Артемиды" в конце концов высадятся на Луну, чтобы начать новую эру освоения земли человеком, у нас будет совсем другое представление о нашем соседе, чем было, когда астронавты "Аполлона" впервые ступили на нее".
|
|
|
|
Источник
|
