·
·
Технологии и наука
Новое исследование предполагает, что астероид упал на Луну с севера на юг, а не наоборот, что может изменить научную ценность миссий Artemis.
Более четырёх миллиардов лет назад гигантский объект врезался в Луну с такой силой, что оставил шрам, по площади превышающий Индию. Этот шрам — бассейн Южный полюс — Эйткен — простирается на 2000–2500 километров по обратной стороне спутника и остаётся крупнейшим подтверждённым ударным кратером на Луне.
Учёные десятилетиями изучают его, надеясь найти там материал из глубоких недр Луны, включая куски лунной мантии, которые обычно скрыты под корой. Однако одна загадка оставалась неразгаданной: с какой стороны прилетел ударник и куда делся весь выброшенный материал?
«Удар, сформировавший бассейн Южный полюс — Эйткен (SPA), был критическим событием в истории Луны. Несмотря на то, что это самый старый и крупный из известных бассейнов, ключевые детали — размер, природа, направление ударника и судьба выбросов — остаются неопределёнными», — отмечается в новом исследовании, опубликованном в журнале Science Advances.
Теперь группа учёных утверждает, что древний удар, скорее всего, произошёл с севера на юг, опровергая некоторые более ранние интерпретации и потенциально меняя научную ценность будущих миссий NASA Artemis. Если их реконструкция верна, астронавты вблизи южного полюса Луны могут приземлиться в отложениях, содержащих материал, выброшенный из лунной мантии во время этого колоссального столкновения.
Это дало бы учёным редкую возможность изучать образцы из лунной мантии без бурения на километры вглубь поверхности — то, о чём планетологи мечтали десятилетиями. Однако есть проблема.
Проблема в том, что бассейн всегда выглядел противоречиво. Его вытянутая, сужающаяся форма указывает в одном направлении, в то время как некоторые особенности коры, казалось, свидетельствовали о другом. Предыдущие исследования изучали эти особенности по отдельности, но новая работа пытается воспроизвести форму бассейна, асимметрию коры и направление удара в рамках единого сценария.
Учёные также не могли объяснить странные химические отложения, богатые торием и железом, найденные к юго-западу от бассейна. Чтобы разгадать загадку, исследователи создали высокодетализированные 3D-симуляции столкновений гигантских астероидов с миром, похожим на Луну. Они тестировали различные углы удара, скорости, размеры и внутреннюю структуру падающего объекта, чтобы найти комбинацию, которая лучше всего воспроизводит реальный бассейн.
Ключевой деталью было то, был ли ударник дифференцированным. В планетологии это означает, что объект уже разделился на слои: плотное металлическое ядро, окружённое более лёгким внешним материалом, — подобно тому, как у Земли есть ядро и мантия. Команда обнаружила, что эта внутренняя структура имела огромное значение.
Их лучший сценарий предполагал дифференцированный объект шириной около 260 километров, ударивший по Луне с севера на юг под пологим углом примерно 30 градусов. Астероид не пробил лунную кору насквозь. Вместо этого его плотное ядро деформировало поверхность таким образом, что образовалась необычная сужающаяся форма бассейна.
Симуляции показали, что столкновение проходило в несколько этапов. Сначала падающий объект с огромной скоростью выбросил наружу материал, вскрыв глубокие слои Луны. Затем вступила в силу гравитация. Когда нестабильный кратер обрушился внутрь, часть бассейна неравномерно поднялась, приподняв одни участки выше других. Большая часть мантийного материала, который был выброшен, в конечном итоге упала обратно в сам бассейн, а не улетела далеко.
Исследователи также тестировали разные скорости удара. Когда ударник врезался со скоростью 10 километров в секунду, полученный бассейн становился слишком вытянутым по сравнению с реальным. При 16 километрах в секунду кратер становился слишком круглым. Оптимальная скорость оказалась около 13 километров в секунду.
Эта скорость несёт ещё одну важную подсказку. По мнению команды, ударник, вероятно, возник в районе Марса в ранней Солнечной системе, а не ближе к зоне Венеры и Земли. Другими словами, объект, изменивший облик Луны, мог быть остатком планетарного «кирпичика», который забрёл из внешней каменистой части Солнечной системы в хаотичную эпоху формирования планет.
Исследование также затронуло один из самых практических вопросов для будущего освоения Луны: куда именно попал выброшенный мантийный материал. Симуляции выявили поразительный узор выбросов в форме бабочки.
Мантийный материал распространился примерно на 550 километров за край бассейна в направлении удара и примерно на 650 километров по бокам, при этом почти ничего не было отложено в противоположном направлении.
Это открытие имеет значение, поскольку миссии NASA Artemis нацелены на южную полярную область Луны вблизи края бассейна. Согласно старым моделям удара с юга на север, в запланированном районе посадки, вероятно, было бы мало или совсем не было мантийных выбросов. Однако, как отмечают авторы исследования, «если SPA был образован ударом с севера на юг, миссия Artemis III может приземлиться в пределах отложений выбросов, содержащих выкопанный мантийный материал».
Если астронавты в конечном итоге добудут мантийный материал из поля выбросов SPA, научная отдача может быть огромной. Исследователи смогут напрямую изучить химию глубоких недр Луны, определить, когда произошёл гигантский удар, и лучше понять, как развивались каменистые миры в ранней Солнечной системе. Образцы, возвращённые из этих регионов, должны раскрыть возраст SPA и состав лунной мантии.
Работа также подчёркивает, как планетарные шрамы хранят скрытые записи древних событий. Подобные гигантские эллиптические бассейны существуют на Марсе и даже на Плутоне, что означает, что новый подход к моделированию может помочь учёным по-новому интерпретировать столкновения по всей Солнечной системе.
Однако авторы признают, что даже их продвинутые симуляции всё ещё не могут уловить каждую мелкую деталь деформации коры или движения выбросов. Компьютерные модели таких крупных столкновений остаются вычислительно сложными, особенно при реконструкции событий, произошедших миллиарды лет назад. Поэтому следующий этап может опираться не только на симуляции. Если будущие миссии Artemis вернут образцы из южной полярной области, учёные смогут напрямую проверить, действительно ли там находятся предсказанные богатые мантией выбросы.
