Приливные силы могли создавать очаги тепла в глубине Луны. Это объясняет, почему она так долго оставалась вулканически активной

Луна давно остыла. Но вулканическая активность на ней продолжалась гораздо дольше, чем предсказывают простые модели остывания. Новое исследование предлагает объяснение: тепло могло концентрироваться в глубине Луны под действием приливных сил.

Приливы знакомы нам по океанам. Но они действуют и на твёрдые тела. Луна, обращаясь вокруг Земли, периодически деформируется под действием её гравитации. Поскольку лунные недра не идеально упруги, часть энергии деформации переходит в тепло. Этот процесс называют приливным нагревом.

Проблема в том, что приливный нагрев распределён неравномерно. Его интенсивность зависит от орбитальной конфигурации системы Земля — Луна и от свойств лунных недр. Материалы с разной вязкостью реагируют на приливные силы по-разному, и это может создавать значительные различия в тепловыделении.

Исследователи из Чэндуского технологического университета во главе с Мяо Чэнем построили трёхмерные численные модели. Они учли свидетельства о зоне сверхнизкой вязкости вблизи границы ядра и мантии Луны. Результат оказался неожиданным: приливный нагрев может сильно концентрироваться в экваториальной области этой границы, образуя два симметричных очага повышенного тепловыделения. Авторы называют эту структуру зоной приливной тепловой аномалии.

Значение находки не в том, что приливный нагрев существует — это известно давно. Значение в том, что глубинная структура вязкости Луны может определять, где именно генерируется тепло. Вместо равномерного распределения приливная энергия создаёт локальные источники в глубокой мантии.

Чтобы оценить мощность этого источника, исследователи рассмотрели орбитальные условия, соответствующие примерно 3,2 миллиарда лет назад. Они предположили, что лунные сутки тогда длились около 16 земных суток, и проверили разные значения эксцентриситета орбиты.

При высоком эксцентриситете, около 0,5, модель предсказывает, что сильно нагретая область, занимающая всего около 2,5 процента объёма лунной мантии, может генерировать примерно 150 гигаватт приливной мощности. Это примерно в 4,3 раза больше, чем радиогенное тепло в том же объёме. При снижении эксцентриситета до 0,05 мощность падает до 1,5 гигаватта. Разница в сто раз показывает, насколько сильно орбитальные условия влияют на глубинный приливный нагрев.

Авторы подчёркивают: случай высокого эксцентриситета — это модельный сценарий, иллюстрирующий потенциальную силу механизма, а не доказательство того, что такое интенсивное нагревание сохранялось всю лунную историю.

Трёхмерные симуляции также показывают, что сосредоточенный приливный нагрев может менять температуры в глубокой мантии и влиять на движение мантийного материала вверх. Это может быть дополнительным путём переноса тепла из недр Луны к более мелким глубинам. Но авторы осторожны: наличие возможного источника тепла не устанавливает прямой связи с вулканическими извержениями на поверхности. Нужно учитывать частичное плавление, генерацию и транспорт магмы, а также потери тепла при подъёме. Модели пока не учитывают скрытую теплоту плавления и потери при транспорте.

Вопрос, который остаётся: если приливные силы действительно создавали локальные очаги тепла в глубине Луны, то сколько ещё планет и спутников в Солнечной системе обязаны своей активностью не внутреннему радиоактивному распаду, а гравитационному взаимодействию с соседями?