Кратер Южный полюс-Эйткен — самый крупный из известных кратеров на Луне, он представляет собой эллиптическую структуру, протяженностью около 2000 километров, расположенную на обратной стороне Луны.
Уникальная форма ударного бассейна в виде эллипса, сужающегося к югу, давно вызывает интерес ученых. Дискуссионным остается вопрос о характере и направлении удара — двигался астероид с севера на юг или в обратном направлении. Сужение эллипса к югу, а также присутствие богатых железом и торием пород в юго-западном направлении от кратера позволяют предположить, что астероид двигался в южном направлении.
Команда исследователей выполнила 3Д-моделирование с высоким разрешением, где сопоставила разные возможные размеры ударника, углы и скорости столкновения со структурой кратера. Согласно модели, с Луной столкнулось тело диаметром 260 километров на скорости 13 километров в секунду, под углом 30 градусов по траектории с севера на юг. Работа опубликована в Science Advances.
Рассматривались два типа строения астероида — единое каменистое тело или тело с ядром и внешним слоем. Данные говорят о том, что сужение эллипса к югу было вызвано именно плотным ядром прилетевшего тела. Масса ядра достигала почти 30 процентов от общего веса. Часть вещества, вероятно, выбросилась во время столкновения, а затем кратер разрушился под действием силы тяжести. При этом большая часть мантии Луны, выброшенная в результате удара, могла вернуться обратно в бассейн.
Определение направления удара позволяет вычислить, куда могли попасть выброшенные при столкновении обломки, в том числе материал из мантии Луны и возможно ли собрать образцы во время будущих миссий «Артемиды».
Моделирование показало, что выбросы разлетелись на сотни километров от места столкновения, траектория их распространения напоминает формы крыльев бабочки.
Если расчеты верны, то запланированная на 2028 год миссия «Артемида-IV» сможет собрать образцы лунной мантии, которые помогут определить и точный возраст выброшенного вещества, и его точный химический и изотопный состав.