Наиболее глубоко обнаженные участки лунной породы могут находиться вблизи южного полюса, как раз в том месте, где астронавты миссии «Артемида» могли бы проводить исследования.
Более четырех миллиардов лет назад нечто огромное врезалось в Луну с такой силой, что оставило шрам шире, чем Индия, седьмая по величине страна в мире по площади. Этот шрам, известный как бассейн Южного полюса-Эйткена, простирается по обратной стороне Луны примерно на 2000–2500 километров и остается крупнейшим подтвержденным ударным бассейном на лунной поверхности.
Ученые изучают это явление десятилетиями, поскольку оно может обнажить материал из глубоких недр Луны, включая фрагменты лунной мантии, обычно скрытые под корой. Однако одна загадка так и не была разгадана.
С какой стороны прилетел ударный объект, и куда в итоге попал весь этот выкопанный материал?
«Удар в бассейне Южный полюс – Эйткен (SPA), сформировавший этот бассейн, стал критически важным событием в истории Луны. Несмотря на то, что это самый старый и самый большой из известных бассейнов, важные детали, включая размер ударной точки, ее природу, направление и судьбу выброшенного вещества, остаются неясными», — отмечается в новом исследовании.
Новое исследование утверждает, что древнее столкновение, вероятно, произошло с севера на юг, опровергая некоторые более ранние интерпретации и потенциально изменяя научную ценность будущих миссий НАСА «Артемида».
По мнению исследователей, если их реконструкция верна, астронавты вблизи южного полюса Луны могут приземлиться в отложениях, которые могут содержать материал, извлеченный из недр Луны во время колоссального столкновения.
Это дало бы ученым редкую возможность изучать образцы, происходящие из лунной мантии, без бурения на километры вглубь поверхности — то, чего планетологи хотели добиться десятилетиями. Однако есть проблема.
Кратер, который никак не хотел обрести смысл.
Проблема в том, что этот бассейн всегда выглядел противоречиво. Его вытянутая, сужающаяся форма указывает в одном направлении, в то время как некоторые особенности земной коры, казалось, предполагали другое.
В предыдущих исследованиях рассматривались отдельные аспекты этих особенностей, но в новой работе предпринята попытка воспроизвести форму бассейна, асимметрию земной коры и направление удара в рамках единого сценария удара.
Ученые также пытались объяснить странные химические отложения, богатые торием и железом, обнаруженные к юго-западу от бассейна. Чтобы разгадать эту загадку, исследователи создали трехмерные модели высокого разрешения, имитирующие столкновения гигантских астероидов с планетой, похожей на спутник.
Они протестировали различные углы удара, скорости, размеры и внутреннюю структуру падающего объекта, чтобы выяснить, какая комбинация лучше всего воспроизводит реальный бассейн, который мы видим сегодня.
Астероид, изменивший форму Луны.
Один из ключевых моментов заключался в том, был ли ударный объект дифференцирован. В планетологии это означает, что объект уже разделился на слои, с плотным металлическим ядром, окруженным более легким внешним материалом — подобно тому, как у Земли есть ядро и мантия. Команда обнаружила, что эта внутренняя структура имеет огромное значение.
Наиболее вероятный сценарий предполагал столкновение дифференцированного объекта диаметром примерно 260 километров с Луной с севера на юг под небольшим углом около 30 градусов. Астероид не пробил лунную кору насквозь. Вместо этого его плотное ядро деформировало поверхность таким образом, что образовалась необычная конусообразная форма впадины.
Моделирование показало, что столкновение происходило в несколько этапов. Сначала приближающийся объект с огромной скоростью выбрасывал наружу вещество, разрушая глубокие слои Луны. Затем в дело вступила гравитация.
По мере того как неустойчивый кратер обрушивался внутрь, часть бассейна неравномерно отскакивала, поднимая участки его внутренней части выше, чем другие. Большая часть выброшенного мантийного материала в конечном итоге упала обратно в сам бассейн, а не улетела далеко.
Исследователи также протестировали различные скорости удара. Когда ударная волна падала со скоростью 10 километров в секунду, образовавшийся кратер стал слишком вытянутым по сравнению с реальным кратером Южный полюс-Эйткен. При скорости 16 километров в секунду кратер приобрел слишком круглую форму. Оптимальная скорость удара наблюдалась около 13 километров в секунду.
Эта скорость содержит еще одну важную подсказку. По мнению команды, ударный объект, вероятно, произошел из марсианского региона ранней Солнечной системы, а не из области, расположенной ближе к Венере и Земле.
Иными словами, объект, изменивший форму Луны, мог быть остаточным строительным блоком планеты, блуждавшим внутрь из внешней каменистой части Солнечной системы во время хаотической эпохи формирования планет.
«Артемида» может совершить посадку на обломки, находящиеся в глубоких слоях лунной породы.
В ходе исследования также был рассмотрен один из важнейших практических вопросов для будущих исследований Луны: куда именно приземлился выброшенный материал мантии. Моделирование выявило поразительный рисунок выбросов, напоминающий бабочку.
Материал мантии распространился примерно на 550 километров за край бассейна в направлении вниз по течению и примерно на 650 километров по его бокам, в то время как вверх по течению отложений практически не было.
Это открытие имеет важное значение, поскольку миссии НАСА «Артемида» нацелены на южный полярный регион Луны, расположенный вблизи края бассейна.
Согласно более старым моделям столкновения с юга на север, планируемая область посадки, вероятно, будет содержать мало или совсем не будет выбросов мантии.
Однако, как отмечают авторы исследования, «если удар с севера на юг привел к образованию SPA, то миссия Artemis III может приземлиться в пределах выбросов, содержащих материал мантии, извлеченный в результате удара, сформировавшего SPA».
Вскоре скрытые недра Луны могут оказаться в пределах досягаемости.
Если астронавтам в конечном итоге удастся извлечь из выброшенного в результате столкновения с Солнечной системой материал, содержащийся в мантии спутника, научные результаты могут быть огромными. Исследователи смогут напрямую изучить химический состав недр спутника, определить время гигантского столкновения и лучше понять, как развивались каменистые миры в ранней Солнечной системе.
Таким образом, образцы, полученные из этих регионов, должны показать возраст SPA и состав лунной мантии.
В работе также показано, как следы на планетах сохраняют скрытые свидетельства древних событий. Подобные гигантские эллиптические впадины существуют на Марсе и даже на Плутоне, а это значит, что новый подход к моделированию может помочь ученым переосмыслить столкновения в Солнечной системе.
Однако авторы признают, что даже их передовые модели все еще не могут воспроизвести все мельчайшие детали деформации земной коры или движения выбросов. Компьютерные модели таких масштабных столкновений остаются вычислительно сложными, особенно при реконструкции событий, произошедших миллиарды лет назад.
Следовательно, следующий этап может не опираться исключительно на моделирование. Если будущие миссии «Артемида» доставят образцы из южного полярного региона, ученые смогут напрямую проверить, действительно ли там находятся предсказанные выбросы, богатые мантией.
Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
Sourse: interestingengineering.com
