Гигантское столкновение исказило лик Луны

Резкое различие между стороной с большим количеством кратеров и нижерасположенными открытыми бассейнами, обращенными к Земле, озадачивало ученых на протяжении десятилетий. 

Новые данные о лунной коре предполагают, что различия были вызваны странной карликовой планетой, столкнувшейся с Луной в ранней истории Солнечной системы.

Мистерия вокруг двух ликов Луны началась еще в эпоху Apollo, когда первые взгляды на ее темную сторону показали удивительные различия. Измерения, выполненные миссией Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL) в 2012 году, позволили получить более подробную информацию о структуре Луны, в том числе о том, насколько ее кора толще и содержит дополнительный слой материала на ее темной стороне.

Существует ряд идей, которые использовались в попытках объяснить асимметрию Луны. Первая: когда-то две луны вращались вокруг Земли, и они слились в самые первые дни образования Луны. Другая идея заключается в том, что большое тело, возможно, молодая карликовая планета, оказалось на орбите вокруг Солнца, что привело её к столкновению с Луной. Эта последняя идея о гигантском воздействии произошла бы несколько позже, чем сценарий слияния лун, и после того, как Луна сформировала твердую кору, считает Мэн Хуа Чжу из Института космических наук в Университете науки и технологии Макао и ведущий автор нового исследования. Признаки такого воздействия должны быть видны в структуре лунной коры.

«Подробные гравитационные данные, полученные GRAIL, дали новое понимание структуры лунной коры под поверхностью», - сказал Чжу.

Новые результаты GRAIL дали команде исследователей более четкую цель для компьютерных симуляций, которые они использовали для тестирования различных сценариев ранней Луны. Авторы исследования провели 360 компьютерных симуляций гигантских ударов с участием Луны, чтобы выяснить, может ли такое событие миллионы лет назад создать кору сегодняшней Луны, обнаруженную GRAIL.

Они пришли к выводу, что лучший вариант, объясняющий сегодняшнюю асимметричность Луны - это большое тело диаметром около 480 миль (780 километров), врезающееся в ближнюю сторону Луны со скоростью 14 000 миль в час (22 500 километров в час). Этот объект эквивалентен (чуть меньше) карликовой планете Церера, движущейся со скоростью примерно на четверть быстрее, чем метеорная галька и песчинки, которые сгорают в атмосфере Земли. Другой хороший вариант, которые смоделировала команда, - это немного меньший объект, диаметром в 450 миль (720 км), который нанес удар со скоростью 15 000 миль в час (24 500 км в час).

В обоих этих сценариях модель показывает, что в результате столкновения было бы выброшено огромное количество материала, который мог бы упасть на поверхность Луны, похоронив первичную кору слоем мусора, толщиной от 3 до 6 миль (от 5 до 10 километров). По словам Чжу, это дополнительный слой коры, обнаруженный на темной стороне миссией GRAIL.

Новое исследование предполагает, что ударный элемент вряд ли был ранним вторым спутником Земли. «Астероид или карликовая планета, но он должен был находился на своей орбите вокруг Солнца, когда столкнулся с Луной», - сказал Чжу.

Исследователи объясняют, что модель гигантского удара также дает хорошее объяснение необъяснимым различиям в изотопах калия, фосфора и редкоземельных элементов, таких как вольфрам-182, между поверхностями Земли и Луны. По словам авторов исследования, эти элементы могли быть перенесены гигантским воздействием, которое добавило бы этот материал к Луне после ее формирования.

«Таким образом, наша модель может объяснить эту изотопную аномалию в контексте сценария гигантского воздействия происхождения Луны», пишут исследователи.

Новое исследование не только предлагает ответ на текущие вопросы о Луне, но также может дать представление о структуре других асимметричных миров в нашей солнечной системе, например, Марс.