Вчені виявили, що Місяць перевернувся навиворіт мільярди років тому

Місяць — це велика дивна кулька в небі, і вчені, можливо, щойно з’ясували частину причини цього. Його поверхня хімічно асиметрична, і нові дані свідчать про те, що мантія Місяця перевернулася догори дном, коли Місяць був ще молодим. Те, що було на вершині супутника Землі, пішло вниз; те, що було внизу, вийшло на світло.

Місячні вчені десятиліттями розмірковували про перекидання місячної мантії. Тепер у нас є нові докази на підтримку цього. На чолі з планетологами Вейган Лянгом і Едрієном Броке з Університету Аризони команда дослідників виявила, що гравітаційна карта Місяця найкраще відповідає цій моделі перекидання мантії.

У серії симуляцій команда показала, як гравітаційні аномалії на ближньому боці Місяця узгоджуються з наявністю та розташуванням щільних порід, що містять щільні мінерали, які збереглися з перших днів існування Місяця.

«Ця інтерпретація підтверджується переконливою подібністю між спостережуваною картиною, величиною та розмірами гравітаційних аномалій і тими, що передбачені геодинамічними моделями залишків кумуляту, що містять ільменіт», — пишуть дослідники у своїй статті.

Щобільше, дослідники точно встановили дату, коли відбувся цей переворот: приблизно 4,22 мільярда років тому, незабаром після того, як Місяць утворився зі шматка Землі, який відколовся під час сильного зіткнення на початку історії Сонячної системи.

Одна з найдивніших речей Місяця пов’язана з його поверхнею. На ближньому боці Місяця є регіон, який найкраще описати як «геохімічно дивний». Відомий як KREEP Terrane, він багатий на специфічні та несподівані метали: калій, рідкоземельні елементи та фосфор.

Террейн KREEP також збігається з місячним морем – великими базальтовими рівнинами, які є результатом вулканічної діяльності. Цей базальт багатий на мінерал під назвою ільменіт. Складений переважно з титану та заліза, ільменіт досить щільний, як порода, що його несе. Це дивує, оскільки скелі під ним менш щільні. Виходячи з щільності, можна було б очікувати, що накопичені ільменіти, або IBC, затонули на Місяці, а менш щільні породи піднялися на поверхню.

І KREEP Terrane, і IBC можна пояснити геодинамічними процесами, що відбуваються незабаром після формування Місяця. Поки він був ще спекотним і спекотним, Місяць, ймовірно, був покритий океаном розплавленої магми, який охолонув, утворивши кору та мантію.

У цьому сценарії, коли магма досягає кінця свого процесу охолодження та кристалізації, щільні мінерали, такі як ільменіт, утворюються в шарі між корою та мантією, а елементи KREEP концентруються в рідкому резервуарі.

Очікується, що ці щільні мінерали опустяться до місячного ядра. Але без моделювання фізичних процесів, які відбувалися в середині Місяця під час його формування, вчені не могли бути впевнені, що це сталося. Також можливо, що після початкового занурення всередину IBC нагрілися та знову піднялися, перекидаючи мантію в процесі. Це могло б пояснити як KREEP Terrane, так і багаті титаном базальти, які викинулися на поверхню через вулканізм.

За цим сценарієм обидва набори елементів повинні були більш-менш рівномірно розподілитися по місячній мантії, але це не те, що вчені виявили. Одне з пояснень пов’язане з басейном Південного полюса-Ейткен на зворотному боці Місяця, колосальним ударом, який залишив кратер, який покриває більше чверті поверхні Місяця.

Цей удар створив гарячу точку, яка могла помітити міграцію KREEP та ільменіту від місця удару, зосередивши їх на ближній стороні Місяця. Оскільки він знаходиться під поверхнею, ми не можемо його побачити; але дослідники зрозуміли, що така міграція мала залишити чіткі гравітаційні сліди.

Дослідники побудували моделі місячного перевороту матеріалів, багатих ільменітом, щоб спостерігати за моделями гравітації, створеними концентраціями IBC під місячною корою. Їх результати дали чіткий полігональний малюнок лінійних гравітаційних аномалій. Вони порівняли це з даними, зібраними орбітальними апаратами NASA Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL), парою космічних кораблів, які провели в космосі понад рік, створюючи карту поверхневої гравітації на Місяці.

Шаблони, створені моделлю перекидання місячної мантії, збігалися зі спостереженнями, зібраними GRAIL. Модель також показала, скільки часу потрібно для розвитку моделі, обмежуючи час перевороту щонайменше 4,22 мільярда років тому.

«Гравітаційні аномалії підтверджують прогноз, що остаточне занурення цих щільних матеріалів прийняло форму листоподібних низхідних потоків і що ці особливості можуть зберігатися протягом геологічної історії, одночасно обмежуючи час перекидання», — пишуть дослідники. «Таким чином, гравітаційне поле Місяця зберігає критичні відомості про перекидання місячної мантії, яке широко вважається однією з визначальних подій у ранній історії Місяця, але деталі якого досі залишалися невідомими».