Данные недавней миссии Индии Chandrayaan-3 подтверждают идею о том, что когда-то Луну покрывал океан расплавленной породы. Ученые миссии опубликовали свои новые выводы в журнале Nature.
23 августа 2023 года посадочный модуль Vikram успешно приземлился на лунной поверхности. Затем диспетчеры развернули марсоход Pragyan, который был размещен на Vikram, для исследования места посадки .
Место, где приземлился Викрам, было южнее, чем любой другой посадочный аппарат, который когда-либо был на Луне. Это дало ученым возможность заглянуть в геологию Луны, которая еще не была исследована.
Измерения Прагьяна показали, что конкретная смесь химических элементов в лунном грунте (или реголите), окружающем посадочный модуль, была относительно однородной. Этот реголит в основном состоял из белого типа породы , называемого ферроанортозитом .
Ученые утверждают, что химический состав реголита южного полюса Луны является промежуточным между составом образцов из двух мест в экваториальной области Луны: тех, что были собраны астронавтами во время полета американского корабля «Аполлон-16» в 1972 году , и тех, что были доставлены на Землю автоматической миссией «Луна-20», запущенной Советским Союзом в том же году.
Общее сходство химического состава всех этих образцов, несмотря на то, что они были получены из очень удаленных географических точек Луны, подтверждает идею о том, что в ранний период ее истории Луну покрывал единый магматический океан.
Считается, что Луна образовалась, когда планета размером с Марс столкнулась с Землей, выбросив породу, которая впоследствии слилась, образовав единственный спутник нашей планеты. Считается, что лунный магматический океан существовал с момента его образования и до десятков или сотен миллионов лет после этого.
Охлаждение и кристаллизация этого магматического океана в конечном итоге привели к образованию железистых анортозитовых пород, из которых состоит лунная кора .
Геологически лунные возвышенности, как полагают, частично представляют собой древнюю лунную кору. Chandrayaan-3, Apollo 16 и Luna 20 все приземлились в высокогорных регионах, что позволило провести сравнения. Таким образом, это дало возможность проверить предсказания теории о том, что Луна была покрыта глобальным океаном жидкой породы — известной как модель лунного магматического океана (LMO) .
Авторы подчеркивают, что их измерения демонстрируют однородность состава поверхности Луны на протяжении нескольких десятков метров, где работал марсоход.
Измерения «наземной истины», подобные этим, имеют решающее значение для интерпретации наблюдений, сделанных орбитальными космическими аппаратами. Например, авторы сравнили эти результаты с данными двух предыдущих индийских лунных миссий, Chandrayaan-1 и -2 , которые обе измеряли лунную поверхность с орбиты.
Согласованность между этими более ранними измерениями космического аппарата и измерениями, сделанными марсоходом Pragyan, придает новую уверенность орбитальным наборам данных. Орбитальные данные предполагают, что лунная поверхность в этом регионе однородна по своему химическому составу на площади в несколько километров.
Эти измерения также бесценны, когда дело доходит до интерпретации лунных метеоритов . Это образцы породы, выброшенной в космос с лунной поверхности , когда космический камень сталкивается с Луной.
Эти фрагменты породы могут позже попасть в атмосферу Земли, а некоторые даже упасть на землю. Они представляют собой фантастические образцы, поскольку случайный характер, в котором они выбрасываются из разных частей Луны, означает, что мы получаем образцы из областей, которые не посещались предыдущими миссиями.
Однако именно из-за этого случайного способа отбора проб трудно узнать, откуда на Луне они взялись, что не позволяет нам поместить их в надлежащий контекст. Таким образом, измерения марсохода Pragyan помогают нам составить картину того, как выглядят различные регионы Луны, и как сравниваются наши образцы метеоритов.
Модель лунного магматического океана была впервые задумана после возвращения образцов с миссии Apollo 11. Эта миссия приземлилась в районе, где преобладают темные базальтовые породы. Однако исследователи в то время заметили, что почвы Apollo 11 также содержали фрагменты белой породы, богатой минералом анортитом, который получил название ферроанортозит.
Это наблюдение привело к предположению, что белая порода представляет собой крошечные фрагменты изначальной древней лунной коры. По мере остывания магматического океана более плотные минералы, такие как оливин и пироксен, опускались на дно, образуя более глубокий слой, называемый мантией, в то время как ферроанортозит, будучи менее плотным, чем окружающая магма, всплывал, образуя первую лунную кору.
С тех пор, как были предложены первоначальные модели лунного магматического океана, были выдвинуты различные предложения для объяснения дополнительных сложностей, связанных с лунными образцами и геологическими наблюдениями за Луной в целом, например, того факта, что лунная кора на видимой стороне, по-видимому, намного тоньше, чем на обратной стороне.
Точно так же неясно, почему ближняя сторона испытала гораздо большую вулканическую активность , в результате чего там преобладают обширные равнины темных базальтовых пород, в то время как дальняя сторона, по-видимому, состоит в основном из ферроанортозита.
Пытаясь решить эти проблемы, исследователи разработали подробные модели, объясняющие, как образовалась лунная кора и как она впоследствии была изменена вулканическими извержениями и ударными кратерами. Некоторые модели предсказали несколько слоев лунной коры, с ферроанортозитовыми породами наверху и более богатыми магнием породами под ними.
Интересно, что состав, измеренный в этом исследовании, не соответствует тому, что можно было бы ожидать от первозданного ферроанортозита, который, как полагают, входил в состав древних лунных корок. Вместо этого он содержит больше магния.
Это наблюдение указывает на более высокую концентрацию определенных минералов в лунной коре, чем предполагалось в первоначальных моделях лунного магматического океана. Авторы предполагают, что их измерения могут представлять собой смешанный состав ферроанортозитовой породы, из которой состоит древняя лунная кора, вместе с материалом из нижележащих слоев более богатых магнием пород.
Эти различные слои материала могли смешаться при выемке материала во время ударного кратерообразования на Луне. В частности, место посадки Чандраян-3 , вероятно, было покрыто примерно 1,5–2 км выброшенной породы из так называемого ударного бассейна «Южный полюс-Эйткен» — углубления диаметром 2500 км на поверхности, которое, как полагают, было создано колоссальным ударным событием в начале истории Луны.
Более поздние события, связанные с образованием ударных кратеров, могли еще больше перемешать и распределить этот материал, что привело к появлению химического состава, измеренного в ходе миссии «Чандраян-3» в данном исследовании.
