Гигантский кратер на Луне может содержать остатки древнего магматического океана

Фото из открытых источников

Гигантский ударный кратер на Луне может содержать первичные части лунной мантии и остатки древнего магматического океана, говорят исследователи. Члены экипажа предстоящих миссий Artemis потенциально могут вернуть образцы молодой мантии обратно на Землю, что позволит получить представление о последних стадиях формирования Луны.

Примерно 4,3 миллиарда лет назад относительно большой объект врезался в поверхность Луны, пробив кору и образовав бассейн Южный полюс-Эйткен (SPA). Образцы от этого удара остаются разбросанными по всей лунной поверхности, давая моментальный снимок того, как выглядела мантия, пока она еще кристаллизовалась.

«Мы предполагаем, что импактор Южный полюс-Эйткен вырыл тонкий магматический океан поздней стадии», — сказал планетолог Джефф Эндрюс-Ханна. «Артемис» возьмет пробы извержений SPA и возможного материала магматического океана».

Бассейн Южный полюс-Эйткен имеет очень небольшое удлинение, что предполагает косое столкновение, а не лобовое столкновение с его родительским коллайдером. На его северном краю находится бассейн материала, избыток толстой коры, объем которого примерно соответствует количеству отсутствующей коры из бассейна. Движущийся на север ударник мог бы сдуть материал от столкновения на север, впереди себя.

Но Эндрюс-Ханна и его коллеги решили подойти к бассейну по-другому. Вместо того чтобы изучать возможный внутренний материал, они изучили форму и сравнили ее с другими каплевидными кратерами на Луне. Когда каменистое тело сталкивается с лунной поверхностью под углом, образовавшийся бассейн вытягивается в направлении удара. Другие вытянутые лунные кратеры сужаются в направлении движения объекта. SPA имеет коническую форму, но он направлен на юг, а не на север, что привело исследователей к выводу, что объект двигался на юг, а не на север.

«У нас уже давно есть данные, необходимые для измерения формы бассейна», — сказал Эндрюс-Ханна. «Просто потребовалась другая точка зрения, чтобы рассмотреть бассейн таким образом».

Когда Солнечная система была молодой, объект размером с Марс врезался в зарождающуюся Землю. Две протопланеты были разорваны на части и медленно рекомбинировались в два новых объекта — Землю и Луну — на короткое время превратив оба объекта в жидкость.

Расплавленный материал мантии медленно остывал и начинал кристаллизоваться. Минерал с низкой плотностью, называемый плагиоклазом, всплывал на поверхность, образуя кору, в то время как более плотные материалы опускались во внутренние слои. Эндрюс-Ханна назвал это «дымящимся пистолетом» существования магматического океана во время процесса формирования Луны.

В то же время часть материала — такие компоненты, как калий, редкоземельные элементы и фосфор, которые часто называют KREEP (калий (K), редкоземельные элементы (РЗЭ) и фосфор (P)) — не превратились в кристаллы, а вместо этого начали концентрироваться в расплаве.

Предыдущие исследования уже выявили наличие тория, соответствующего ударному расплаву KREEP, вдоль дна бассейна, что предполагает, что материал мантии мог прорваться сквозь кору во время удара. Но никаких признаков материала мантии не было обнаружено на севере.

Когда Эндрюс-Ханна и его коллеги просмотрели карты Луны, они обнаружили, что юго-западный слой выброса несет значительное количество тория, связанного с окружающим материалом. Они пришли к выводу, что медленно кристаллизующийся магматический океан просочился из коры после удара SPA.

В сочетании с другой областью на ближней стороне Луны, известной как Procellarum KREEP Terrane (PKT), материал из SPA может дать представление об эволюционирующем лунном недре. Предыдущие исследования предполагали, что удар SPA мог вытолкнуть магматический океан на противоположную сторону планеты, чтобы сформировать PKT. Но новое исследование показывает, что эти два региона сформировались независимо, причем удар SPA произошел раньше, чем формирование PKT.

«Вместе SPA и PKT могут рассказать историю поздней эволюции лунного магматического океана», — сказал Эндрюс-Ханна.

Образцы PKT уже были доставлены на Землю во время миссий «Аполлон», а китайская миссия «Чанъэ-5» привезла дополнительные лунные породы из этого региона в 2020 году. Дополнительные образцы от последующей миссии «Чанъэ-6», доставленной на Землю в 2024 году, также содержали образцы из бассейна Южный полюс – Эйткен.

Открытие имеет значительные последствия для пилотируемой миссии Artemis, которая в настоящее время планируется к высадке на Луну в 2026 году, хотя в настоящее время существуют опасения по поводу безопасности. Астронавты смогут зачерпнуть образцы из мантии, чтобы вернуться на Землю. Эти образцы можно сравнить с лунными породами региона PKT, чтобы получить снимки лунной мантии в течение двух разных эпох, что, в свою очередь, может помочь определить, когда образовался лунный магматический океан.

SPA предоставит важные подсказки о магматическом океане, который, по словам Эндрюс-Ханна, «неразрывно связан с рождением Земли». Хотя у ученых есть приблизительное представление о том, сколько времени потребовалось магматическому океану для кристаллизации, точный временной период определить сложно.

«Мы ожидаем, что сможем определить точный возраст SPA, как только образцы будут возвращены», — сказал Эндрюс-Ханна. «Это даст нам точный возраст этой поздней стадии кристаллизации магматического океана, захваченного ударом».