Почему обратная сторона Луны не похожа на видимую: в чём разница

Когда экипаж миссии Artemis II облетел Луну, астронавт Джереми Хансен описал разницу между двумя сторонами как разительную: тёмные пятна-моря, хорошо знакомые нам с Земли, на обратной стороне практически отсутствуют. Более 30 процентов видимого полушария Луны занимают эти тёмные равнины, тогда как на обратной стороне их всего около 1 процента. Эта лунная загадка — одна из самых интригующих в планетологии.

На обратной стороне Луны почти нет морей. Но почему?

Что такое лунные моря и из чего они состоят

Даже в небольшой телескоп на Луне заметны обширные тёмные области. Ещё в XVII веке астрономы назвали их «морями» (по-латыни — mare), хотя уже тогда подозревали, что воды в них нет. Миссии «Аполлон» расставили всё по местам: первые две высадки специально выбрали именно «моря», потому что их ровная поверхность была безопаснее для посадки. Привезённые образцы показали, что эти равнины состоят из базальта — застывшей вулканической лавы, похожей на породы, которые на Земле образуются при масштабных извержениях.

Горные районы Луны (их называют материками или хайлендами) оказались совсем другими: там преобладают магматические породы, которые застыли глубоко в коре, а не на поверхности. То есть разница между «морями» и «материками» — это разница между территориями, где лава выливалась наружу, и теми, где этого не происходило.

Видимая и обратная стороны Луны. Источник изображения: en.ppt-online.org

Когда космические аппараты впервые облетели Луну и сфотографировали обратную сторону Луны, учёных ждал сюрприз: «морей» там почти не оказалось. Вместо ровных базальтовых равнин — бесконечные кратеры и горы. Два полушария одного и того же тела выглядели так, словно принадлежали разным мирам.

Почему ближняя сторона Луны теплее дальней стороны

Недавнее исследование NASA с помощью гравитометрической лаборатории GRAIL (Gravity Recovery and Interior Laboratory) показало, что различия между полушариями простираются далеко вглубь. Руководитель работы, доктор Райан Парк из Лаборатории реактивного движения (JPL), объяснил: «Наше исследование показывает, что недра Луны неоднородны: сторона, обращённая к Земле, глубоко внутри теплее и геологически активнее, чем обратная. Это связано с вулканической историей Луны и объясняет, почему две стороны выглядят так по-разному».

По расчётам команды доктора Парка, мантия на ближней стороне на 2–3 процента мягче, чем на дальней. Чтобы объяснить это, нужно допустить либо радикальное различие в составе, либо разницу температур в 100–200 °C. Свет Земли на поверхности такого нагрева дать не может — речь идёт о процессах глубоко внутри.

Схематичный разрез Луны: ближняя к Земле сторона мантии теплее, чем дальняя

Ключевую роль, по мнению авторов, играют торий и титан: в коре ближнего полушария их заметно больше. Если этот дисбаланс распространяется и на глубину, радиоактивный распад тория мог бы разогревать мантию ближней стороны на протяжении миллиардов лет. Ещё до этой работы существовали модели, согласно которым 3–4 миллиарда лет назад мантия Луны была частично расплавленной, а более сильное гравитационное поле со стороны Земли заставляло тяжёлые элементы, включая торий, мигрировать к ближнему полушарию.

Как гравитация Земли влияет на вулканизм Луны

Именно эту версию, по сути, озвучил астронавт Хансен, когда сказал, что «гравитационное притяжение Земли оказало глубокое влияние на ближнюю сторону Луны». Логика такая: дополнительное тепло от радиоактивного тория поддерживало вулканическую активность на ближней стороне значительно дольше, чем на дальней.

Это имело критическое значение с точки зрения хронологии. Ранняя Солнечная система переживала период так называемой поздней тяжёлой бомбардировки — интенсивного обстрела астероидами. Любые базальтовые равнины, сформировавшиеся в тот период, были бы разбиты ударами. Но если вулканизм на ближней стороне продолжался и после того, как бомбардировка утихла, свежие потоки лавы могли залить кратеры и сформировать гладкие «моря», сохранившиеся до наших дней. На дальней стороне, где вулканизм угас раньше, следы древней активности были попросту стёрты ударами астероидов.

Не забудь подписаться на наш канал в Max!

Команда доктора Парка даже допускает, что магма может образовываться под ближним полушарием и сегодня — на глубине 800–1250 км. Это могло бы объяснить обнаруженные недавно молодые вулканические шарики в лунных образцах, а также часть гравитационных аномалий.

Другие версии, почему стороны Луны такие разные

Впрочем, не все учёные согласны с тем, что именно близость к Земле сделала ближнюю сторону такой особенной. Существуют и конкурирующие гипотезы — и некоторые из них весьма радикальны.

• Гипотеза «лобового столкновения». Когда-то Луна могла быть повёрнута на 90 градусов, и нынешняя дальняя сторона была ведущим полушарием на орбите. Она сталкивалась с астероидами «лоб в лоб» на более высоких скоростях, что объясняло бы обилие кратеров. Однако эта идея создала больше проблем, чем решила, и от неё в итоге отказались.
• Гипотеза двух лун. Луна могла образоваться в результате слияния двух протолун. Столкновение двух тел с разным составом могло оставить после себя асимметричный объект.
• Удар карликовой планеты. Катастрофическое столкновение с крупным телом могло перераспределить материал так, что одна сторона стала принципиально отличаться от другой.

Художественная реконструкция гигантского удара, образовавшего бассейн Южный полюс — Эйткен

Как кратер Южный полюс — Эйткен изменил Луну/h2>

Свежий анализ грунта с обратной стороны Луны, доставленного китайской миссией «Чанъэ-6» (это первые и пока единственные породы оттуда — всего 1,9 кг), поддерживает ещё одну версию. Исследователи связывают различия между полушариями с ударом, который сформировал бассейн Южный полюс — Эйткен — один из крупнейших кратеров в Солнечной системе, почти 2 500 км в диаметре.

Авторы работы связывают различия между полушариями с ударом, который сформировал бассейн Южный полюс — Эйткен — один из крупнейших кратеров в Солнечной системе, почти 2 500 км в диаметре.

Несмотря на название, этот бассейн расположен не строго на полюсе: полюс находится у его края, а сам кратер протянулся далеко по дальней стороне. Удар такой мощности мог разогреть недра и перераспределить вещество внутри Луны, запустив цепочку процессов, которые в конечном счёте привели к различиям в вулканической активности и толщине коры.

«Дихотомия между ближней и дальней сторонами, включая вулканизм и толщину коры, вероятно, связана с ударом, сформировавшим бассейн Южный полюс — Эйткен», — пишут авторы исследования.

Именно этот бассейн — причина, по которой космические агентства стремятся на южный полюс Луны: в его низинах мог сохраниться водяной лёд от кометных ударов, никогда не видевший солнечного света.

Почему учёные не могут объяснить различия сторон Луны

Главная сложность в том, что прямых данных о дальней стороне Луны до сих пор критически мало. Шесть посадок «Аполлонов» и три советские автоматические миссии дали богатый набор образцов — но все они с ближней стороны. Обратную сторону представляют лишь 1,9 кг породы от «Чанъэ-6», и их анализ ещё далёк от завершения. Остальное, что мы знаем, получено дистанционно — через спектроскопию, гравиметрию и измерения магнитного поля с орбиты.

Результаты команды доктора Райана Парка впечатляют, но слишком рано объявлять их окончательным ответом. Гипотеза о бассейне Южный полюс-Эйткен тоже пока подкреплена ограниченным набором образцов. Не исключено, что реальность окажется сложнее любой отдельной модели: и гравитация Земли, и древний катастрофический удар могли внести свой вклад.

Эта лунная загадка — хороший пример того, как близкий и, казалось бы, хорошо изученный объект может хранить фундаментальные тайны. Будущие миссии на южный полюс Луны и новые образцы с дальней стороны, возможно, наконец позволят собрать все фрагменты головоломки воедино.