Ученые получили новые данные о происхождении крупнейшего ударного бассейна Луны — гигантского кратера Южный полюс — Эйткен (South Pole–Aitken, SPA). Новое исследование показывает, что древнее столкновение не только сформировало один из самых огромных кратеров Солнечной системы, но и выбросило на поверхность Луны глубинные породы, которые могут оказаться бесценными для науки. Именно эти материалы в будущем могут собрать астронавты программы Artemis.
Речь идет о бассейне Южный полюс — Эйткен — структуре диаметром около 2500 километров и глубиной до 13 километров, расположенной на обратной стороне Луны. Это крупнейший и древнейший подтвержденный ударный бассейн спутника Земли. Его возраст оценивается более чем в 4 миллиарда лет.
Исследователи считают, что именно этот колоссальный удар мог вскрыть глубинные слои Луны, включая участки мантии, которые обычно недоступны для прямого изучения.
Почему бассейн Южный полюс — Эйткен настолько важен
Для планетологов бассейн SPA представляет огромную ценность. Большинство лунных пород, доставленных миссиями Apollo, были собраны на видимой стороне Луны. Они дают лишь ограниченное представление о внутреннем строении спутника.
Однако SPA настолько огромен, что удар, вероятно, пробил лунную кору на десятки километров в глубину. В результате на поверхность могли быть выброшены породы из нижних слоев коры и даже верхней мантии Луны.
Именно поэтому ученые называют такие образцы «бесценными». Они способны помочь ответить на фундаментальные вопросы:
- как формировалась Луна;
- как быстро остывала ее мантия;
- каким был ранний внутренний состав спутника;
- как происходила эволюция землеподобных планет в молодой Солнечной системе.
Новое моделирование раскрыло детали древнего удара
Авторы нового исследования использовали высокоточные трехмерные компьютерные модели для реконструкции древнего столкновения. Работа была опубликована в журнале Science Advances.
Согласно расчетам, бассейн сформировался после столкновения Луны с крупным дифференцированным астероидом диаметром около 260 километров. Такой объект уже имел внутреннее разделение на металлическое ядро и каменную оболочку — примерно как небольшая протопланета.
Моделирование показало, что астероид врезался в Луну под сравнительно малым углом — около 30 градусов — двигаясь с севера на юг со скоростью примерно 13 километров в секунду.
Именно этот угол столкновения оказался ключевым.
«Обезглавленный» астероид и необычная форма кратера
Одной из загадок бассейна SPA долгое время оставалась его форма. Кратер имеет вытянутую асимметричную структуру, необычную даже для гигантских ударных бассейнов.
Согласно новой модели, при столкновении произошло своеобразное «обезглавливание» астероида. Верхние слои ударника были буквально срезаны и рассеяны при контакте с поверхностью Луны, тогда как плотное металлическое ядро продолжило движение вперед.
Именно ядро, по мнению ученых, сформировало характерную вытянутую форму бассейна.
Подобный сценарий помогает объяснить сразу несколько особенностей SPA:
- асимметрию толщины лунной коры;
- вытянутую форму бассейна;
- распределение богатых железом и торием пород;
- направление выброса ударного материала.
Удар мог выбросить мантию к южному полюсу Луны
Самое важное последствие столкновения связано с выбросом глубинного материала.
Симуляции показывают, что древний удар мог разбросать огромные объемы пород мантии в направлении южного полюса Луны. Некоторые из этих материалов, вероятно, до сих пор находятся в районах, рассматриваемых для посадки будущих миссий Artemis.
По оценкам исследователей, астронавты смогут получить доступ к веществу, выброшенному с глубин более 90 километров. Для планетологии это практически уникальная возможность.
На Земле подобные древние породы давно уничтожены тектоникой плит, вулканизмом и эрозией. Луна же почти не имеет атмосферы и геологической активности, поэтому хранит следы ранней истории Солнечной системы гораздо лучше.
Программа Artemis может получить уникальные образцы
NASA рассматривает южный полюс Луны как основной регион для будущих пилотируемых экспедиций Artemis. Именно там находятся потенциальные залежи водяного льда в затененных кратерах, а также участки древних выбросов SPA.
Если астронавты действительно соберут образцы мантии, ученые смогут напрямую изучить внутреннее строение Луны. Это станет одним из важнейших научных результатов со времен программы Apollo.
Особую ценность представляют следующие задачи:
- определение точного возраста бассейна SPA;
- анализ химического состава глубинных пород;
- изучение ранней магматической активности Луны;
- проверка гипотез о формировании спутника после гигантского столкновения Земли с протопланетой Тейя.
SPA связан с историей формирования Луны
Изучение бассейна Южный полюс — Эйткен важно не только для понимания ударных процессов. Оно напрямую связано с происхождением Луны.
Сегодня основной считается гипотеза гигантского столкновения, согласно которой Луна образовалась после удара протопланеты Тейя по молодой Земле около 4,5 миллиарда лет назад.
После формирования спутник пережил период интенсивной бомбардировки астероидами. Многие крупнейшие бассейны Луны образовались именно тогда. SPA считается одним из древнейших сохранившихся свидетельств этой эпохи.
Изучение пород из бассейна может помочь определить:
- насколько интенсивной была ранняя бомбардировка;
- какие типы астероидов сталкивались с Луной;
- как быстро формировалась лунная кора;
- как эволюционировала мантия спутника.
Ученые до сих пор спорят о форме кратера
Интересно, что дискуссия о форме SPA продолжается. Некоторые предыдущие исследования предполагали, что бассейн более круглый, чем считалось ранее.
В 2024 году группа исследователей из Университета Мэриленда проанализировала более 200 горных структур вокруг бассейна и пришла к выводу, что столкновение могло быть более вертикальным. Это означало бы более равномерное распределение выбросов по поверхности Луны.
Новая работа предлагает альтернативный сценарий с косым ударом и «обезглавленным» астероидом.
Такие разногласия показывают, насколько сложными остаются процессы формирования гигантских ударных бассейнов. Даже современные суперкомпьютерные модели пока не дают окончательных ответов.
Китайская миссия Chang’e-6 уже нашла намеки на глубинные породы
Интерес к SPA резко вырос после китайской миссии Chang’e-6, впервые доставившей на Землю образцы с обратной стороны Луны.
Предварительный анализ пород показал возможные признаки материала, связанного с глубинными слоями спутника. Некоторые минералы могут быть выбросами мантии, возникшими именно после формирования бассейна SPA.
Если дальнейшие исследования подтвердят это, ученые впервые получат реальные образцы вещества из глубин Луны.
Крупнейший кратер Луны остается одной из главных загадок Солнечной системы
Несмотря на десятилетия исследований, бассейн Южный полюс — Эйткен остается объектом множества научных споров. Огромные размеры, древний возраст и сложная геология делают его уникальной природной лабораторией.
Сегодня ученые рассматривают SPA как:
- архив ранней истории Солнечной системы;
- ключ к пониманию формирования Луны;
- источник глубинных пород;
- потенциальную цель будущих пилотируемых исследований.
Именно поэтому будущие миссии Artemis могут оказаться не просто очередным возвращением человека на Луну, а возможностью впервые изучить материал, который миллиарды лет оставался скрытым глубоко под поверхностью спутника Земли.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
