
После своего образования Луна, возможно, была ареной такой мощной вулканической активности, что вся её кора несколько раз плавилась и полностью перемешивалась. В то время Луна вращалась вокруг Земли значительно ближе, чем сегодня. Возникающие в результате приливные силы нагревали её недра и таким образом подпитывали мощный вулканизм. Только спутник Юпитера Ио, безусловно, самое вулканически активное тело в Солнечной системе, может сравниться с Луной по этим условиям.
Эти новые данные, опубликованные сегодня международной группой исследователей из Калифорнийского университета в Санта-Крузе, Института исследований Солнечной системы Общества Макса Планка (MPS) и Коллеж де Франс, устраняют предыдущие противоречия и несоответствия в отношении возраста Луны. По мнению исследователей, Луна сформировалась от 4,43 до 4,51 миллиарда лет назад. Однако её кора, по-видимому, на 80–160 миллионов лет моложе.
Луна, по-видимому, не спешит раскрывать свой возраст. Попытки раскрыть её тайну привели к оценкам, которые отличаются на несколько сотен миллионов лет: в то время как одни исследователи предполагают, что наш космический спутник сформировался 4,35 миллиарда лет назад, другие датируют его рождение 4,51 миллиарда лет назад.
Одно из самых поразительных несоответствий связано с камнями: почти все образцы лунных пород указывают на более молодой возраст. Но несколько редких кристаллов силиката циркония, известных как цирконы, значительно старше. Как такое возможно? В текущем исследовании учёным удалось разрешить это противоречие. Согласно их расчётам, кора Луны в основном расплавилась после своего формирования; лишь несколько цирконов смогли выдержать эти экстремальные условия и не изменились.
Столкновение и его последствия
История Луны начинается с масштабного столкновения. В первые дни существования Солнечной системы на молодую Землю упал обломок размером с Марс. Столкновение вызвало такой сильный нагрев, что наша планета полностью расплавилась и выбросила огромное количество материала в космос. Со временем этот материал собрался в комки и сформировал Луну, которая изначально была покрыта огромным океаном из горячей жидкой породы. В последующие миллионы лет новообразовавшееся тело остывало и удалялось от Земли всё дальше и дальше, пока не достигло своей нынешней орбиты на расстоянии около 384 400 километров.
«Нас особенно интересует период, когда расстояние между Землёй и Луной составляло примерно треть от сегодняшнего расстояния», — объясняет Фрэнсис Ниммо из Калифорнийского университета в Санта-Крузе, первый автор нового исследования.
В это время произошли различные изменения в положении и форме орбиты Луны. В частности, она стала более эллиптической, так что скорость Луны и её расстояние от Земли заметно менялись в пределах каждой орбиты. Действующие таким образом силы «перемешивали» недра Луны до такой степени, что она нагревалась.
Подобная ситуация до сих пор наблюдается на спутнике Юпитера Ио, который вращается вокруг газового гиганта по слегка вытянутой орбите. Огромные приливные силы Юпитера делают этот маленький спутник самым вулканически активным телом в Солнечной системе. Ранняя Луна, вероятно, была похожа на Ио.
Как показывают расчёты исследователей, теплового потока из внутренних слоёв Луны было достаточно, чтобы расплавить и перемешать всю мантию. Хотя во время этой фазы магматический океан никогда не покрывал всю Луну, в течение нескольких миллионов лет тепло из недр постепенно достигало всех участков поверхности, расплавляя большую часть горных пород — возможно, даже несколько раз. В некоторых местах горячая лава выходила на поверхность, в других магма проникала под поверхность, нагревая окружающие её породы.
Сброс геологических часов
Эта вулканическая история имеет решающее значение для определения возраста горных пород. С момента своего образования лунные породы (как и земные) содержат радиоактивные изотопы. Изотопы — это разновидности определённых атомов, которые отличаются только количеством нейтронов в атомном ядре.
Поскольку время распада изотопов известно, можно вычислить возраст породы по их текущей концентрации. Решающий фактор: пока порода горячая, она может обмениваться изотопами с окружающей средой. Когда она остывает, её состав фиксируется. Захваченные радиоактивные изотопы начинают распадаться, и геологические часы начинают отсчёт.
"Сильный вулканизм, вероятно, сбросил геологические часы Луны", - объясняет Торстен Кляйне, директор MPS и соавтор исследования. "Таким образом, образцы лунных пород показывают не их первоначальный возраст, а только то, когда они в последний раз подвергались сильному нагреву", - добавляет он.
Исследователи показывают в своих расчётах, что лишь несколько термостойких цирконов свидетельствуют о более отдалённом прошлом. В некоторых местах, где лава не достигала поверхности, циркониевые зёрна оставались холодными, поэтому их внутренние часы не пострадали.
«Образцы лунных пород рассказывают нам обо всей бурной истории Луны. Они рассказывают нам о её формировании и последующем мощном вулканизме. До сих пор мы просто неправильно интерпретировали эти подсказки», — говорит Клейн. Согласно результатам исследования, возраст Луны составляет от 4,43 до 4,51 миллиарда лет. Мощный вулканизм сформировал её кору около 4,35 миллиарда лет назад.
Решение загадки
Новые открытия также разрешают многие другие противоречия, которые ранее ставили учёных в тупик. Например, сравнительно небольшое количество кратеров на Луне говорило о том, что она не такая уж и древняя. За такое долгое время наш космический сосед должен был пережить больше столкновений. Теперь вулканизм даёт этому объяснение. «Лава из недр Луны могла заполнить ранние ударные бассейны и сделать их неузнаваемыми», — говорит соавтор исследования Алессандро Морбиделли из Коллеж де Франс.
Состав лунной мантии стал ещё одной загадкой для исследователей. Это слой горных пород, который находится непосредственно под лунной корой. Его состав отличается от состава земной мантии в ключевых аспектах. Однако, если бы внутренняя часть Луны была расплавленной во второй раз, некоторые вещества могли бы попасть из мантии в железное ядро.
«Новые результаты означают, что все части головоломки, которые раньше не складывались воедино, теперь образуют целостную картину формирования Луны», — говорит Клейн.
Источник: Nature, Общество Макса Планка
Автор фото: Астрофотограф Анатолий Радион