Аннотация:
В течение долгого времени крайняя асимметрия между передней и задней сторонами Луны в топографии, толщине коры и химическом составе всегда была одной из самых неразрешимых загадок в области планетарной науки. Последнее исследование численного моделирования, проведенное международной объединенной группой ученых-планетологов, дает очень убедительное теоретическое объяснение этой вековой загадки: результаты, опубликованные в авторитетном астрономическом журнале, показывают, что на ранних стадиях эволюции Луны огромный объект уровня карликовой планеты яростно врезался в область южного полюса Луны. Глубокий тепловой столб, образовавшийся в результате удара, сильно взволновал внутреннюю структуру Луны, фундаментально изменив траекторию миграции материала лунной мантии и в конечном итоге создав «двусторонний» асимметричный узор Луны, наблюдаемый сегодня.
Понимание асимметрии Луны человечеством началось на заре освоения космоса. Передняя сторона Луны, обращенная к Земле, усеяна обширными, плоскими и темными «лунными морями». Эти моря представляют собой, по сути, равнины, заполненные массивными потоками вулканической базальтовой лавы миллиарды лет назад. Мало того, передняя сторона Луны также богата радиоактивными нагревательными элементами, называемыми «KREEP» (названными в честь английского сокращения калия, редкоземельных элементов и фосфора) и тяжелыми металлами, такими как титан. Напротив, обратная сторона Луны, обращенная от Земли, представляет совершенно иной вид - здесь почти нет большой площади базальтовых лунных морей, кора значительно толще передней стороны, поверхность густо покрыта древними ударными кратерами и крайне не хватает радиоактивных тепловыделяющих элементов. Почему один и тот же естественный спутник образует два совершенно разных «лица» в одной и той же среде небесной эволюции, на протяжении десятилетий вызывало в академическом сообществе множество интенсивных научных предположений.
Чтобы тщательно идентифицировать эту глубинную движущую силу, исследовательская группа использовала высокоточные коды планетарной динамики и суперкомпьютерные кластеры для проведения полномасштабного мультифизического моделирования процесса охлаждения раннего магматического океана Луны и динамики небесных столкновений. Ученые сосредоточили свое внимание на знаменитом «Бассейне Южный полюс-Эйткен» (SPA Basin) на обратной стороне Луны — одной из крупнейших известных ударных структур в Солнечной системе, простирающейся более чем на 2500 километров. Результаты моделирования показывают, что около 4,3 миллиарда лет назад, во время критического периода окна, когда океан магмы на поверхности Луны еще не полностью затвердел, гигантское небесное тело диаметром в несколько сотен километров ударилось о южный полюс Луны на очень высокой относительной скорости, мгновенно впрыскивая неизмеримую кинетическую и тепловую энергию в недра Луны.
Мощный удар не только создал огромный бассейн глубиной в несколько километров на поверхности Луны, но и создал крупномасштабный гигантский тепловой шлейф глубоко внутри Луны. Эта постоянно нагревающаяся тепловая аномалия разрушила первоначальный баланс гравитационного опускания и тепловой конвекции внутри Луны. Подобно огромному подземному насосу, слой расплава KREEP, который, возможно, был равномерно распределён в глубокой части Луны и богат радиоактивными тепловыделяющими элементами (торием, ураном и калием), сильно толкался и гонялся по астеносфере лунной мантии к другому концу Луны — фронтальной области Процеллария Луны, которая теперь обращена к Земле.
Из-за крупномасштабного асимметричного обогащения радиоактивных нагревательных материалов с длительным периодом полураспада глубоко в передней части Луны тепло распада, непрерывно выделяемое этими элементами, продолжало нагревать вышележащие породы лунной мантии в течение сотен миллионов или даже миллиардов лет, вызывая периодические крупномасштабные локальные переплавки и, в конечном итоге, вызывая длительные и сильные извержения вулканов. Базальтовая лава снова и снова прорывалась сквозь относительно тонкую лобовую кору и извергалась наружу, заполняя древние бассейны и конденсируясь в темные лунные моря, видимые сегодня невооруженным глазом; На обратной стороне Луны, поскольку большая часть нагревающегося материала была выдавлена в результате ударной динамики, задняя лунная мантия, в которой отсутствуют глубокие устойчивые источники тепла, быстро остыла и затвердела. Кора не только сохранила свое первоначальное толстое состояние, но и не была покрыта последующей вулканической лавой.
Планетарные физики отметили, что это моделирование не только впервые легко связывает гигантское столкновение в бассейне Антарктики-Эйткен с уникальным обогащением горных пород KREEP и вулканической историей на передней стороне Луны в одной и той же динамической цепочке, но также обеспечивает решающую теоретическую основу для переосмысления геологических образцов in-situ, доставленных с обратной стороны Луны и из полярных регионов «Чанъэ-6» и программой «Артемида» в будущем. Исследования доказали, что на ранних этапах формирования планет земной группы и крупных спутников одного катастрофического столкновения крупных тел было достаточно, чтобы полностью перестроить путь глубокой термической эволюции и процесс геохимической дифференциации небесного тела. Этот механизм также имеет далеко идущие последствия для понимания происхождения разнообразных форм рельефа Меркурия, Марса и даже скалистых экзопланет.
Комментарии