Новое исследование показывает, что обратная сторона Луны холоднее видимой

Резкий контраст между ближней и дальней стороной Луны в топографии, вулканической активности и структуре земной коры дает критически важное представление о формировании и эволюции Луны. Однако отсутствие образцов с дальней стороны долгое время ограничивало исследования механизмов, определяющих эту полусферическую асимметрию.

В новом исследовании ученые изучили фрагменты горных пород и почвы, поднятые китайским космическим аппаратом «Чанъэ-6» в прошлом году из огромного кратера на дальней стороне Луны. Они подтвердили предыдущие выводы о том, что образцу породы было около 2,8 миллиарда лет, и проанализировали химический состав его минералов, чтобы оценить, что он образовался из лавы глубоко в недрах Луны при температуре около 1100 градусов Цельсия — примерно на 100 градусов Цельсия холоднее, чем существующие образцы с ближней стороны. Результаты были опубликованы в журнале Nature Geoscience.

«Ближняя и обратная стороны Луны сильно различаются как на поверхности, так и, возможно, внутри», — сказал профессор Ян Ли из Университетского колледжа Лондона и Пекинского университета. «Это одна из величайших загадок Луны. Мы называем её «двуликой Луной». Гипотезы о резкой разнице температур между ближней и дальней сторонами мантии высказывались давно, но наше исследование предоставило первые доказательства, основанные на реальных образцах».

«Эти результаты приближают нас к пониманию двух сторон Луны», — сказал Сюэлинь Чжу из Пекинского университета. «Они показывают нам, что различия между ближней и дальней стороной не только лежат на поверхности, но и проникают глубоко внутрь».

В ходе исследования авторы проанализировали 300 г лунного грунта, выделенного Пекинскому научно-исследовательскому институту геологии урана.

«Образец, собранный миссией «Чанъэ-6», является первым в истории с обратной стороны Луны», — сказал Шэн Хэ из Пекинского научно-исследовательского института геологии урана.

Исследователи картировали выбранные части образца, состоящие в основном из зерен базальта, с помощью электронного зонда, чтобы определить его состав.

С помощью ионного зонда они измерили мельчайшие изменения в составе изотопов свинца и определили возраст породы — 2,8 миллиарда лет.

Затем они использовали несколько методов для оценки температуры образца на разных этапах его прошлого, когда он находился глубоко в недрах Луны.

Первая задача заключалась в анализе состава минералов и сравнении их с результатами компьютерного моделирования, чтобы оценить, насколько горячей была порода в момент ее формирования.

Это значение было сравнено с аналогичными оценками для близлежащих камней, разница составила 100 градусов Цельсия.

Второй подход заключался в том, чтобы глубже изучить историю образца и на основе его химического состава сделать вывод о том, насколько горячей была его «материнская порода», сравнив полученные данные с оценками образцов, собранных с ближней стороны в ходе миссий «Аполлон».

Они снова обнаружили разницу около 100 градусов Цельсия.

Поскольку количество возвращенных образцов ограничено, они оценили температуру материнской породы, используя спутниковые данные о месте посадки Чанъэ на дальней стороне, сравнив их с эквивалентными спутниковыми данными с ближней стороны, и снова обнаружили разницу — на этот раз в 70 градусов Цельсия.

На Луне такие теплопроизводящие элементы, как уран, торий и калий, как правило, встречаются вместе с фосфором и редкоземельными элементами в материале, известном как KREEP-rich (аббревиатура происходит от химического символа калия K, редкоземельных элементов (REE) и фосфора P).

Основная теория происхождения Луны заключается в том, что она образовалась из обломков, возникших в результате массивного столкновения Земли с протопланетой размером с Марс, и изначально полностью или большей частью состояла из расплавленной породы.

Эта магма затвердевала по мере охлаждения, но элементы KREEP оказались несовместимыми с образовавшимися кристаллами и поэтому дольше оставались в магме.

Ученые ожидали, что вещество KREEP равномерно распределено по всей поверхности Луны. Вместо этого предполагается, что оно скапливается в мантии, находящейся на ближней стороне.

Распределение этих элементов может быть причиной того, что ближняя сторона оказалась более вулканически активной.

Хотя в ходе данного исследования не удалось выяснить точную температуру дальней и ближней стороны мантии Луны, любой дисбаланс температур между двумя сторонами, скорее всего, сохранится в течение очень долгого времени, поскольку Луна будет остывать очень медленно с момента своего образования в результате катастрофического удара.

Однако в настоящее время ученые работают над получением окончательного ответа на этот вопрос.