Дослідження виявило, що Місяць вивернувся навиворіт мільярди років тому

Деталі відкриття

Поверхня Місяця хімічно асиметрична, виявили вчені. Тепер вони з'ясували, що його мантія буквально перевернулася догори ногами мільярди років тому, ще коли супутник був зовсім молодим. Те, що було на його поверхні, пішло під землю, а те, що було внизу, піднялося на поверхню.

Дослідники, які вивчають Місяць, думали про перевертання місячної мантії протягом десятиліть. Тепер вони отримали нові докази на підтримку цієї теорії. Очолювана планетологами Вейгангом Ляном і Адріаном Броке з Університету Арізони, команда виявила, що гравітаційна карта Місяця найкраще відповідає цій моделі перевертання мантії.

У серії симуляцій науковці показали, як гравітаційні аномалії на ближньому боці Місяця узгоджуються з наявністю й розташуванням щільних порід, що містять щільні мінерали, які збереглися з перших днів існування Місяця.

Ця інтерпретація підтверджується переконливою схожістю між спостережуваною структурою, величиною і розмірами гравітаційних аномалій і тими, що були передбачені геодинамічними моделями кумулятивних залишків з вмістом титанистого залізняку,
– пишуть дослідники в своїй роботі.

Дослідники також точно встановили дату, коли стався цей переворот: близько 4,22 мільярда років тому, невдовзі після того, як Місяць утворився зі шматка Землі, що відколовся під час сильного зіткнення на початку історії Сонячної системи.

Візуалізація формування Місяця: відео

Особливий Місяць

Одна з найдивовижніших особливостей Місяця пов'язана з його поверхнею. На ближньому боці супутника є регіон, який описують як "геохімічно дивний". Відома під назвою KREEP Terrane, ця зона багата на специфічні та несподівані метали: калій, рідкісноземельні елементи та фосфор. KREEP Terrane також перетинається з так званими місячними морями — великими базальтовими рівнинами, які є результатом вулканічної активності. Цей базальт багатий на мінерал ільменіт. Складений переважно з титану та заліза, ільменіт досить щільний, як і гірська порода, в якій він знаходиться.

Це викликає подив, оскільки гірські породи під ним менш щільні. Виходячи з логіки поведінки порід, можна було б очікувати, що ільменітовмісні сполуки (IBC), занурилися глибше в Місяць, а менш щільні породи піднялися на поверхню. Але реальна ситуація інакша.

Як KREEP Terrane, так і IBC можна пояснити геодинамічними процесами, що відбувалися невдовзі після утворення Місяця. Коли він був іще гарячим і пористим, він, імовірно, був вкритий океаном розплавленої магми, який охолоджувався, утворюючи кору і мантію. За цим сценарієм, коли магма досягає кінця процесу охолодження й кристалізації, щільні мінерали, такі як ільменіт, формуються в шарі між корою та мантією, а елементи KREEP концентруються в рідкому резервуарі.

Це схематичне зображення показує IBC зеленим кольором, а теплову аномалію, спричинену гігантським ударом, - коричневим / Фото Adrien Broquet, LPL/Nan Zhang, PKU

Очікується, що ці щільні мінерали опускаються до місячного ядра. Але без моделювання фізичних процесів, які відбувалися всередині Місяця під час його формування, вчені не могли бути впевнені, що саме так і сталося. Також можливо, що після цього початкового занурення всередину, IBC нагрілись і знову піднялися, перевернувши мантію в процесі. Це пояснило б і KREEP Terrane, і багаті на титан базальти, які вивергалися на поверхню в результаті вулканізму. За цим сценарієм обидва набори елементів мали б у підсумку більш-менш рівномірно розподілитися по місячній мантії, але це не те, що виявили вчені.

Одне з пояснень пов'язане з басейном Ейткен на дальньому боці Місяця — колосальним зіткненням, яке залишило кратер, що покриває понад чверть поверхні Місяця. Цей удар створив гарячу точку, яка могла спричинити міграцію KREEP та ільменіту подалі від місця удару, сконцентрувавши його на ближньому боці Місяця. Оскільки вона знаходиться під поверхнею, ми не можемо її побачити, але дослідники зрозуміли, що така міграція повинна була залишити чіткі гравітаційні сліди.

Приклад однієї з гравітаційних моделей, отриманих в результаті моделювання / Фото Liang & Broquet

Дослідники побудували моделі місячного перекидання матеріалів, багатих на ільменіт, щоб спостерігати гравітаційні патерни, створені концентраціями IBC під місячною корою.

Їхні результати дали чіткий полігональний патерн лінійних гравітаційних аномалій. Вони порівняли його з даними, зібраними орбітальними апаратами Лабораторії NASA з вивчення гравітації та внутрішніх просторів (GRAIL) – парою космічних апаратів, які провели більше року в космосі, картографуючи поверхневу гравітацію на Місяці.

Моделі, створені на основі теорії перевертання місячної мантії, збіглися зі спостереженнями, зібраними GRAIL. Модель також виявила, скільки часу потрібно для еволюції патерну, обмеживши час перевертання щонайменше 4,22 мільярда років тому.

Гравітаційні аномалії підтверджують передбачення, що остаточне занурення цих щільних матеріалів набуло форми листовидних опускань, і що ці особливості можуть зберігатися протягом всієї геологічної історії, обмежуючи час перевертання,
– пишуть дослідники.

Таким чином, місячне гравітаційне поле зберігає стародавній запис про перевертання місячної мантії.