Образцы с обратной стороны Луны опровергают теорию столкновения с астероидом

Фото из открытых источников

Ранняя история Луны — это не единичный мощный удар астероидов, а долгое, медленное исчезновение. Такова история, рассказанная образцами горных пород с обратной стороны Луны, доставленными китайской миссией «Чанъэ-6». Их возраст не указывает на внезапную бомбардировку около 3,9 миллиарда лет назад. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances .

Это открытие ставит под сомнение теорию поздней интенсивной бомбардировки. На протяжении десятилетий эта идея утверждала, что Луна и близлежащие планеты подверглись кратковременной, но мощной серии столкновений. Эта буря стала основой для размышлений о том, когда Земля успокоилась настолько, чтобы в ней могла зародиться жизнь. Без неё часть этой временной шкалы пришлось бы перерисовывать заново.

25 июня 2024 года аппарат «Чанъэ-6» доставил на Землю около 4,3 фунтов грунта с обратной стороны Луны. Это полушарие, которое всегда обращено от Земли, и ни одна миссия ранее не брала там образцы. Посадочный модуль совершил посадку внутри бассейна «Аполлона», кратера шириной примерно 480 километров. Этот кратер находится в пределах бассейна Южного полюса-Эйткена, крупнейшего и старейшего ударного шрама на Луне.

Выбор цели был преднамеренным. Все предыдущие образцы лунного камня прилетели с ближней стороны Луны. Там одно огромное столкновение вырезало бассейн Имбриум и разбросало обломки по всему региону. Эти обломки запутали данные о всех остальных столкновениях.

Обратная сторона Луны избежала этого. Освободившись от беспорядка, связанного с Имбриумом, она предоставила более чистую летопись древних событий. Команда приступила к датировке отдельных зерен расплавленной породы и непосредственно извлекла данные из этой летописи.

«Первые образцы расплавленных пород, образовавшихся в результате ударов на обратной стороне Луны и доставленные миссией Chang'e-6, свидетельствуют об ударных событиях, произошедших в период с ~4,33 до ~1,13 млрд лет назад. Эти удары охватывают большую часть истории Луны», - рассказал геохимик из Гуанчжоуского института геохимии Ван-Фэн Чжан.

Команда Чжана обнаружила 28 крошечных фрагментов расплавленной породы, образовавшейся в результате удара метеорита. Каждый из них представляет собой горную породу, которая в результате древнего удара была нагрета до расплавления, а затем снова застыла.

Для определения возраста пород команда использовала аргоновый метод датирования. Калий внутри породы медленно распадается на аргон, который остается заключенным в кристалле. Подсчитайте количество аргона, и вы узнаете, как давно порода в последний раз остывала.

У этого метода есть одна особенность, которая хорошо подходит для решения этой проблемы. Аргон легко вытекает при повторном нагреве породы. Последующий удар, который нагревает фрагмент выше примерно 400°C, обнуляет его «часы времени». Таким образом, сохранившийся до наших дней древний возраст означает, что фрагмент оставался нетронутым миллиарды лет.

Чтобы подтвердить, что каждое зерно действительно представляло собой расплав, образовавшийся в результате удара, команда измерила содержание иридия. Этот металл редко встречается в лунной коре, но попадает туда на астероидах. Один фрагмент содержал почти 440 частей на миллиард, что значительно превышает следы, обнаруженные в обычной лунной породе.

Идея, которая сейчас проверяется, восходит к началу 1970-х годов. Когда ученые датировали образцы, полученные в рамках программы «Аполлон» на ближней стороне Луны, поразительное количество возрастов столкновений оказалось близким к 3,9 миллиардам лет. В 1974 году одна группа исследователей интерпретировала это скопление как внезапный, охватывающий всю Луну всплеск столкновений. Они назвали это терминальным лунным катаклизмом, и за ним закрепилось название «поздняя тяжелая бомбардировка».

В имеющихся данных был недостаток. Большинство образцов, взятых в рамках программы «Аполлон», были собраны на небольшом участке ближней стороны галактики. Многие из них были выброшены туда в результате столкновения с планетой Имбриум около 3,92 миллиарда лет назад. Таким образом, пик, наблюдавшийся в 3,9 миллиарда лет назад, может отражать одно гигантское столкновение, а не целую серию таких столкновений.

Для более точного анализа требовалась порода из места, куда обломки Имбриума никогда не добирались. Обратная сторона Луны подошла, а фрагменты расплава дали ответ.

Эти 28 фрагментов охватывают огромный промежуток времени. Их возраст варьируется от примерно 4,33 миллиарда лет до 1,13 миллиарда. Три из них расположены очень близко друг к другу, их возраст составляет 4,16 миллиарда лет.

Эта дата в 4,16 миллиарда лет совпадает с возрастом бассейна Аполлона. Отдельное исследование, в котором использовались изотопы свинца, а не аргона, уже подтвердило этот возраст для того же бассейна.

«Независимые анализы с использованием различных систем датирования, дающие взаимосогласованные результаты, предоставляют важные доказательства для перекрестной проверки при определении возраста образования бассейна Аполлона», - сказал Чжан.

Один из фрагментов ещё старше, его возраст составляет 4,33 миллиарда лет. Это может указывать на возраст самого бассейна Южного полюса-Эйткена, гигантского рубца, в котором находился посадочный модуль. Анализ отдельного лунного метеорита показал тот же возраст, что подтверждает более ранние данные.

Наиболее показательной является та цифра, которая едва видна. Из 21 достоверной величины только две попадают в диапазон от 4,0 до 3,7 миллиардов лет. Ничто не достигает отметки в 3,9 миллиарда лет, как того требует идея катаклизма. На ближней границе этот пик доминирует. Здесь же он почти исчезает.

Временная шкала на обратной стороне галактики таит в себе еще один сюрприз. В промежутке между 3,7 и 3,0 миллиардами лет фрагменты не фиксируют ничего. После этого возрастные промежутки возвращаются и продолжаются, распределенные довольно равномерно от 2,9 миллиарда лет до 1,1 миллиарда.

Вероятно, этот пустой участок отражает особенности сохранения расплава. Крупные удары создают такое количество расплавленной породы, что последующие удары продолжают выкапывать на поверхность новые куски. За 3,7 миллиарда лет вблизи места падения образовалось лишь несколько крупных бассейнов. Новое расплавленное вещество было погребено в малом количестве, поэтому последующим ударам практически нечего было выкапывать.

Некоторые из молодых фрагментов имеют возраст около 2,8 миллиарда лет. Это близко к возрасту лавы в месте падения, определенному в ходе отдельного исследования. Их текстура указывает на то, что это ударный расплав, а не нетронутый базальт. Там, где обломки Имбриума не заглушают сигнал, даже небольшие удары оставляют читаемый след.

В течение 50 лет доводы о лунном катаклизме основывались на данных о породах на ближней стороне Луны, загрязненных одним единственным бассейном. Однако, если отбросить эту предвзятость, данные с обратной стороны Луны не указывают на подобное событие.

«Наличие более древних возрастов (>4,0 млрд лет) и отсутствие преобладающего возраста около ~3,9 млрд лет предполагает, что бомбардировка обратной стороны Луны не характеризовалась катастрофическим всплеском, а представляла собой плавный долгосрочный спад, прерываемый более поздними столкновениями», - отметил Чжан.

Этот вывод применим не только к Луне. Ученые определяют возраст поверхностей по всей Солнечной системе, подсчитывая кратеры, а затем калибруя полученные данные по лунным породам известного возраста. Отдельный анализ данных той же миссии, основанный на подсчете кратеров, а не на анализе расплавленных зерен, пришел к тому же выводу.

Это соглашение закрепляет инструмент, используемый далеко за пределами лунной науки. Оно также затрагивает собственную историю Земли. Если 3,9 миллиарда лет назад не произошло никакого катаклизма, молодая Земля не была уничтожена поздним градом астероидов. Возможно, у жизни был более спокойный и ранний период для зарождения.