Луна

Глядя на Луну в ясную ночь, мы видим знакомый серебристый диск с темными пятнами — лунными "морями". Но далеко не каждый знает, что эти пятна — застывшие океаны лавы, которая в далеком прошлом извергалась на поверхность в колоссальных объемах. Сохранились на Луне и некоторые вулканические структуры — архитекторы этого инопланетного рельефа.

Одна из них — давно потухший вулкан Mairan T, детально сфотографированный орбитальным аппаратом NASA Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) и поразивший ученых своей необычной природой.

Купол в Океане Бурь

Mairan T расположен на видимой стороне Луны, в северо-западной части Океана Бурь (лат. Oceanus Procellarum) — самого большого лунного "моря". Это не ударный кратер, каких на Луне миллионы, а именно потухший вулкан, сформированный выдавливанием вязкой лавы из недр.

Диаметр его основания составляет примерно семь километров, а высота — 800 метров. На вершине зияет крупная кальдера диаметром 3,8 километра и глубиной около 450 метров. Кальдера образовалась на последних стадиях извержения, когда опустошенное интенсивными извержениями магматическое жерло обрушилось внутрь себя.

На снимках LRO отчетливо видно, что Mairan T заметно ярче окружающей поверхности. Равнины Океана Бурь сложены из темных базальтов, богатых железом, а склоны вулкана покрыты застывшей лавой с высоким содержанием диоксида кремния — она светлее и обладает более высоким альбедо, то есть отражает больше света.

И именно в этом — главная загадка Mairan T.

Кремниевый вулкан там, где его не должно быть

Для Луны характерен базальтовый вулканизм — жидкая, текучая лава, которая растекалась по поверхности, заполняя гигантские впадины, разломы и формируя лунные моря. Кремниевый же вулканизм — совсем другая история. На Земле такой тип вулканической активности встречается преимущественно в Тихоокеанском огненном кольце: вязкая, богатая кремнием магма формирует взрывоопасные вулканы вроде Сент-Хеленс (США) или Пинатубо (Филиппины).

Для образования кремниевой лавы на Земле необходимо соблюдение как минимум двух условий: тектоника плит, при которой одна литосферная плита подныривает под другую, и наличие воды в горных породах, которая снижает температуру плавления и тем самым меняет состав магмы. Однако на Луне нет ни того, ни другого, так что факт существования Mairan T — огромная загадка.

Вероятно, возникла какая-то ошибка при сборе данных? Нет. В образцах, доставленных в рамках лунных программ NASA "Аполлон" и Китайского национального космического управления (CNSA) "Чанъэ", были выявлены следы кремниевых минералов. Так что нет никаких сомнений, что кремниевый вулканизм на Луне имел место. Каким образом — ученые до сих пор спорят. Одна из гипотез предполагает, что кремниевая магма могла формироваться за счет длительной дифференциации базальтового расплава в изолированных магматических камерах, без участия воды и тектоники.

Когда Луна была "живой"

Долгое время считалось, что вулканизм на земном спутнике завершился около трех миллиардов лет назад. Именно тогда, как предполагалось, последние потоки лавы залили поверхность, затвердели и сформировали знакомые нам темные моря, а Луна превратилась в геологически мертвое тело.

Но все изменилось в 2020 году, когда аппарат CNSA "Чанъэ-5" совершил посадку в Океане Бурь, собрал около 1,73 килограмма грунта и доставил его на Землю. Первичный анализ образцов показал, что базальты в этом регионе имеют возраст около двух миллиардов лет, а не три, как ожидалось.

Это уже была сенсация: вулканизм на Луне продолжался на миллиард лет дольше, чем думали. Но главный сюрприз был впереди.

В 2024 году команда китайских ученых из Института геологии и геофизики Китайской академии наук опубликовала результаты более глубокого анализа образцов "Чанъэ-5", в которых были обнаружены микроскопические стеклянные шарики вулканического происхождения. Их возраст составлял примерно 125 миллионов лет.

Получается, что в то время, когда по нашей планете бродили тираннозавры и трицератопсы, на Луне все еще извергались вулканы.

Почему это меняет все

Тело размером с Луну должно было остыть очень быстро по космическим меркам. Тем не менее внутреннее тепло по каким-то причинам сохранялось намного дольше, чем предсказывают стандартные модели, и питало вулканическую активность.

Одна из гипотез связывает эту аномалию с высоким содержанием радиоактивных элементов в лунной мантии, которые при распаде выделяют тепло. Другая предполагает, что приливное взаимодействие с Землей могло поддерживать разогрев недр. Третья допускает существование изолированных "карманов" магмы, которые остывали значительно медленнее, чем окружающие породы.

И вот тут возникает захватывающий вопрос: а может ли Луна все еще оставаться вулканически активной? Скорее всего, нет — но после серии открытий за последние десятилетия ученые уже не столь категоричны в этом утверждении.

На обратной стороне Луны есть место, представляющее собой след одной из самых мощных катастроф в истории Солнечной системы. Речь о бассейне Южный полюс — Эйткен, огромной ударной структуре с диаметром около 2 500 километров.

Проще говоря, бассейн является продуктом столкновения Луны с крупным небесным телом. Но самое интересное — не поверхностный "шрам", а то, что скрыто под ним.

В 2019 году под бассейном Южный полюс — Эйткен была выявлена огромная массовая аномалия. То есть участок недр, где вещества больше или оно плотнее, чем в среднем по земному спутнику.

Открытие было сделано на основе данных миссии NASA GRAIL, в ходе которой два аппарата летали вокруг Луны один за другим и с беспрецедентной точностью измеряли расстояние между собой. Когда они проходили над областью с чуть более сильным притяжением, их движение менялось, и по этим крошечным отклонениям ученые составили гравитационную карту Луны.

Но чтобы карта была максимально достоверной, одной гравитации мало. Нужно еще учитывать рельеф: где горы и где впадины, где толстая, а где тонкая кора. Поэтому данные GRAIL были сопоставлены с топографическими данными Луны, собранными орбитальным аппаратом NASA Lunar Reconnaissance Orbiter. И вот тут появилась странность: под гигантским бассейном скрывается огромная масса, которую нельзя объяснить только формой поверхности.

Оценка получилась впечатляющей: минимум около 2,18 × 10^18 килограмма. Это в несколько раз больше массы крупнейшего острова Гавайского архипелага. То есть перед нами масса планетарного масштаба, сосредоточенная в локальной структуре и, судя по моделям, находящаяся на глубине более 300 километров.

Одно из самых интригующих и при этом наиболее аргументированных объяснний гласит, что под обратной стороной Луны находится металлическое вещество древнего ударника — того самого тела, которое миллиарды лет назад врезалось в Луну и сформировало бассейн Южный полюс — Эйткен.

Если ударник был богат металлом, то часть его плотного вещества могла не испариться и не разлететься на мелкие фрагменты, а уйти глубоко в лунную мантию. По сути, внутри Луны может находиться остаток небесного тела.

Но это не значит, что под бассейном Южный полюс — Эйткен покоится цельная металлическая глыба, которую можно просто выкопать. После такого столкновения вещество ударника и лунные породы должны были расплавиться, перемешаться и частично уйти в глубину.

Есть и другая версия.

Массовая аномалия может оказаться не остатком ударного тела, а плотными породами и оксидами, связанными с эволюцией самой Луны. На заре Солнечной системы, когда молодой спутник Земли был горячим и частично расплавленным, его внутренние слои постепенно разделялись по плотности. Более тяжелые вещества погружались в недра — поэтому у планет и формируются металлические ядра. Но так как Луна остывала быстрее, избыточная масса могла застрять на пути к центру.

Именно поэтому находка так интересна. Она не дает простого ответа, но в очередной раз напоминает, что ближайшее к нам небесное тело хранит загадки, над решением которых будет биться еще не одно поколение ученых.

Наука — это увлекательнейшее путешествие из пункта "вопрос" в пункт "ответ".