Температурный перекос: одна сторона Луны оказалась горячее другой

Луна давно поражает ученых своей несимметричностью. Сторона, обращенная к Земле, покрыта темными лавовыми равнинами — морями. Там кора тоньше и ниже. На противоположной стороне толщина коры намного больше. Огромных морей там почти нет, только кратеры. Причины такого контраста долго оставались загадкой. Выдвигались разные гипотезы: например, что ближняя половина Луны сильнее разогрелась приливными силами Земли; или что когда-то гигантский астероид ударил в ближнюю сторону, перегрел ее недра и изменил их строение. Но прямых доказательств не находилось.

Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, похоже, решает эту давнюю загадку. Впервые удалось обнаружить прямые признаки того, что внутри Луны скрыта температурная неравномерность. Ученые проанализировали высокоточные данные о гравитационном поле Луны. Их в 2012 году собрала пара автоматических спутников NASA (миссия GRAIL). Выяснилось, что под притяжением Земли Луна немного «дышит» — ее твердая поверхность едва заметно поднимается и опускается. Причем на ближней стороне это движение чуть сильнее, чем на дальней. Иными словами, глубины ближней стороны оказались более мягкими.

Для оценки этой гибкости ученые использовали так называемые числа Лява (Love numbers). Это специальные безразмерные параметры, которые показывают, насколько легко планета или спутник меняет свою форму под действием приливных сил. Оказалось, что одно из таких чисел — параметр k3 — у Луны гораздо выше, чем ожидалось. Его измеренное значение около 0,016 — примерно на 72% больше расчетного для полностью однородной и твердой Луны. Выходит, наш спутник изгибается под притяжением Земли заметно сильнее, чем должен, если бы недра были целиком холодными и жесткими.

Такое неожиданно большое k3 указывает на скрытую асимметрию внутри Луны. Расчеты показывают, что мантия ближнего полушария примерно на 2–3% менее упругая, чем на дальней стороне. Исследователи признаются, что этот вывод их озадачил. Однако дальнейший анализ выявил вероятную причину — температуру. Просто разным химическим составом пород не объяснить такое «размягчение» мантии. Выяснилось, что понадобились бы непомерно большие отличия. Например, пришлось бы увеличить долю тяжёлого железа (оливина-фаялита) более чем на 5%. Из-за этого плотность пород ближней стороны выросла бы на десятки килограммов на кубометр — крайне маловероятный сценарий. Зато разница в температуре всего в пару сотен градусов дает нужный эффект.

Известно, что в породах ближней стороны намного больше радиоактивных элементов, которые выделяют тепло при распаде. Например, тория там в 10 раз больше, чем на обратной стороне. В прошлом эти «горючие» элементы разогрели мантию ближней стороны и поддерживали очаги магмы. Из-за этого кора с той стороны стала тоньше, а лава легче прорывалась на поверхность. Так несколько миллиардов лет назад появились обширные базальтовые равнины — лунные моря — которыми покрыта обращённая к нам половина Луны.

Новое открытие показывает, что тепловая асимметрия недр Луны могла сохраниться до наших дней. Процессы, которые создали лунные моря, не исчезли полностью и до сих пор тлеют глубоко под поверхностью. Луна не до конца остыла изнутри. Раньше считалось, что она давно геологически «мертвая» и холодная, но оказалось, что хотя бы на ближней стороне внутри еще теплится активность. Это объясняет, почему она и сейчас временами вздрагивает от подземных событий. На Луне зарегистрированы так называемые глубокие лунотрясения — толчки на большой глубине, которые повторяются регулярно. Скорее всего, их вызывает притяжение Земли, которое сильнее действует на более теплый и податливый участок мантии ближней стороны. Таким образом, новая научная находка не только отвечает на вопрос, почему лавовые моря имеются лишь на одном полушарии, но и приоткрывает внутреннюю «жизнь» нашего небесного соседа.