4,3 мільярда років тому небесне тіло розміром із невеликий протопланетарний об’єкт врізалося в Місяць під таким низьким кутом, що ударна хвиля пройшлася супутником, мов боковий удар ножа.
Наслідок басейн Південний полюс Ейткен (SPA), найбільший і найстаріший кратер на Місяці. І, як з’ясувалося нещодавно, найщедріше джерело інформації про те, з чого насправді складається супутник Землі на глибині.
Сьогодні вчені знають точніше: шматки місячної мантії породи з сотень кілометрів нижче поверхні лежать розкидані поблизу місць, куди NASA планує відправити астронавтів програми Artemis. Це щось значно більше за абстрактну геологію. Це листи з минулого, які читатимуть перші люди, що ступлять на південний полюс Місяця.
Найстаріший слід
Басейн Південний полюс Ейткен, або SPA, це не просто велика яма. Його діаметр сягає приблизно 2500 кілометрів, а глибина в деяких місцях перевищує 8 кілометрів. Для порівняння: це майже відстань від Києва до Лісабона, вирізана в місячній поверхні. Він утворився в той час, коли Сонячна система ще була молодою і хаотичною, і залишається однією з найдавніших збережених структур, які ми можемо вивчати.
Саме через цей масштаб і вік науковці вважають SPA унікальним архівом ранньої історії Місяця. Але є ще один нюанс: ділянки поблизу басейну розглядають як потенційні майданчики для майбутніх місій Artemis. Тобто те, що колись було глибоко всередині супутника, тепер може опинитися в зоні досяжності людської руки.
Дослідники з Центру вивчення походження та еволюції Місяця (CLOE) при Southwest Research Institute, який очолює віртуальна організація NASA, провели два паралельні дослідження. Одне зосередилося на самому зіткненні, друге на тому, куди поділася викинута порода. Обидві статті з’явилися в авторитетних журналах: Science Advances та Journal of Geophysical Research: Planets.
Удар з півночі
Щоб зрозуміти, що сталося того далекого дня, команда використала передові комп’ютерні симуляції. Результати вказують на об’єкт, який наближався з півночі й рухався на південь перед тим, як вдарити по поверхні під малим кутом.
Цей низький кут ключ до загадки.
Саме він пояснює характерну витягнуту, заокруглену форму басейну, яка відрізняє SPA від більшості інших кратерів. Але найцікавіше не форма, а склад ударника. Моделювання показує: це був не просто шматок каменю, а диференційоване тіло з залізним ядром, оточеним скельною речовиною схоже на маленьку протопланету або великий астероїд, що встиг розділитися на шари ще до катастрофи.
Під час зіткнення об’єкт вирізав глибоку нерівну порожнину, генеруючи настільки сильне тепло, що породи в центрі басейну розплавилися. Удар викинув величезні маси матеріалу як із місячної кори, так і з мантії шару, що лежить під корою на глибині сотень кілометрів. Більшість цього матеріалу згодом впала назад і накопичилася всередині та навколо басейну, утворивши так звану ковдру викидів.
Залізне ядро ударника, за симуляціями, могло частково зберегтися або розпорошитися в зоні удару, залишивши аномалію в гравітаційному полі. Це пояснює деякі з незвичних гравітаційних сигналів, які фіксували зонди NASA протягом років.
«Наша симуляція відтворює правильну форму та характер басейну. Вона також розповідає нам про снаряд, що його створив, і про напрямок удару».
Доктор Сіґеру Вакіта з Університету Пердью, який очолив симуляційне дослідження, зазначив: результати дають змогу відтворити не лише геометрію кратера, а й швидкість, масу та кут входження об’єкта. За оцінками, ударник рухався із швидкістю, яка дозволила б йому обійти Місяць за лічені години але замість цього він назавжди змінив його обличчя.
Що заховано в кратерах
Друге дослідження, очолюване доктором Габріелем Гоуменом з Університету Аризони, зосередилося на розподілі цього викинутого матеріалу. Використовуючи високодетальні вимірювання гравітаційного поля Місяця, отримані під час місій NASA, та моделі, що враховують і кору, і мантію, команда знайшла докази: у басейні SPA ймовірно містяться значні обсяги порід місячної мантії.
Аналіз показує, що мантійний матеріал перемішаний по всьому басейну й у покриві викидів, що оточує його. Пізніші, менші удари по SPA могли викопати ці зариті поклади й вивести частину на поверхню потенційно відкривши доступ і для роботизованих місій, і для астронавтів.
Гравітаційні дані, зібрані під час місій GRAIL, дали вченим можливість побачити під поверхнею Місяця так, наче зняли верхній шар з гігантського пирога. Різниця в густині між корою і мантією залишає відбиток, який сучасні суперкомп’ютери можуть інтерпретувати з точністю до кілометрів.
«Точний розподіл мантійного матеріалу довгий час залишався великою невідомою. Наші моделі вказують, що удар SPA викинув достатньо глибинного матеріалу, щоб сформувати значний поклад, який має бути доступним і сьогодні. Найважливіше, що частина цього матеріалу на рівні слідів може існувати в регіонах, які розглядаються для посадок Artemis».
Ці слова належать доктору Габріелю Гоумену, провідному автору гравітаційного дослідження. Разом із колегами він створив карту, яка може стати незамінною для планувальників пілотованих місій.
Дорожня карта для астронавтів
Раніше вчені припускали, що найглибший викинутий матеріал сконцентрований у частинах басейну, далеких від південного полюса регіону, який NASA обрало для освоєння. Нові симуляції та гравітаційний аналіз малюють іншу картину.
Депозити з мантійними породами можуть бути розкидані по частинах південної полярної області Місяця, включно з тими ділянками, які майбутні астронавти зможуть відвідати та дослідити особисто.
Це змінює все.
Замість того щоб борознити далекі куточки далекого боку, екіпажі Artemis зможуть збирати зразки практично на порозі своєї бази зразки, що несуть в собі інформацію про внутрішню будову Місяця, його ранню диференціацію та, можливо, ключі до походження Землі.
- SPA як хронометр вік басейну дозволяє датувати події, які відбувалися в перші сотні мільйонів років існування Сонячної системи
- Мантійні породи їхній склад розповість, чи мантія Місяця однорідна, чи має шари, схожі на земні
- Диференційований ударник залізне ядро об’єкта, що створив SPA, могло залишити геохімічний слід, який допоможе зрозуміти, звідки він прилетів
Доктор Вільям Боттке, директор CLOE та співавтор обох робіт, називає це потужною дорожньою картою. За його словами, поєднання моделювання удару та гравітаційних вимірів вказує не лише на те, як утворився SPA, а й де шукати камені, здатні відповісти на найбільші питання про походження та еволюцію Місяця.
Це особливо важливо в контексті програми Artemis, яка готується повернути людей на Місяць вперше за понад півстоліття. Південний полюс обрано не випадково: там, у постійно затінених кратерах, можуть міститися водяний лід і ресурси для тривалого перебування. Тепер до цього списку додається ще один пункт геологічний скарб, який ніхто ще не торкався.
Перший камінь
Кожен крок по поверхні Місяця це крок по породі, що залишилася незмінною з часів, коли Земля ще не мала океанів, а на її небі тільки-но почав формуватися супутник. Але деякі з цих каменів особливі. Вони прийшли з глибини.
Коли перший астронавт програми Artemis зігнеться над сірим реголітом і підніме шматок темної породи, він не просто збере зразок для науки. Він візьме в руки матеріал, який сформувався за сотні кілометрів нижче поверхні і залишався там, доки гігантське зіткнення не викинуло його назовні.
Це буде перший раз, коли людина торкнеться нутра Місяця. І це станеться не в лабораторії, а під відкритим небом там, де чорне небо і сліпуче сонце розділяють горизонт, а під ногами лежать камені, старші за будь-яке життя на Землі.
За прогнозами NASA, перші висадки на південному полюсі можуть відбутися в найближчі роки. Коли це станеться, астронавти вже знатимуть: у руках у них може опинитися частина місячного нутра, викинута на поверхню задовго до того, як на Землі з’явилося перше життя.
Про автора
