Южный полюс Луны сохранил следы древнего магматического океана

В конце августа 2023 года индийская миссия «Чандраян-3» впервые совершила мягкую посадку на Луне. Спускаемый аппарат «Викрам» с луноходом «Прагъян» на борту прилунился между кратерами Манцини и Богуславский, в 350 километрах от края крупнейшего ударного бассейна Южный полюс — Эйткен.

Луноход «Прагъян» начал свое путешествие по поверхности. В его арсенале — рентгеновский спектрометр альфа-частиц (APXS), предназначенный для элементного анализа грунта. С 23 августа по 2 сентября он преодолел 103 метра и сделал 30 замеров лунного реголита в 23 точках.

APXS стрелял по земле пучком альфа-частиц, рентгеновскими лучами и получал спектр порождаемого ими излучения. Сравнивая его с заранее известными данными, аппарат фиксировал состав грунта.

Анализ показал единый состав реголита во всех 23 точках, кроме одной. Прибор зафиксировал основные (SI, Ti, Al, Fe и другие) и второстепенные химические элементы (Na, S, K, Ti, Cr, Mn, Ni). APXS проникал на глубину не более миллиметра, но в пробы неизбежно попадал грунт с глубины нескольких сантиметров, выбрасываемый колесами машины.

Только три предыдущие миссии можно сравнить по точности анализа: американскую «Апполон-16», советскую «Луна-20» и китайскую «Чанъэ-4». Это несколько редких точек на материках. В миссии «Чандраян-3» впервые получены плотные замеры на площади в десятки метров, подчеркнули авторы статьи, опубликованной в журнале Nature.

Реголит в месте посадки обогащен кальцием и алюминием, содержит мало железа и титана. Это указывает на типичные грунты, состоящие из материковых анортозитов. Данные рентгеновских спектрометров орбитальных аппаратов «Чандраян-2» и «Чандраян-1» подтвердили то, что увидел «Прагъян». Более того, съемка местности спектрометром, установленным NASA на борту «Чандраяна-1», в ближней инфракрасной области показала примерно одинаковый состав реголита с пространственным разрешением несколько километров.

Между образцами «Апполона-16» и «Луны-20» пробы, полученные APXS, занимают промежуточное положение.

«Места посадки значительно удалены друг от друга: это экватор, средние широты и возвышенности высоких южных широт. Сходный состав реголита в них подтверждает ключевое предсказание гипотезы о лунном магматическом океане, согласно которому химическая эволюция Луны началась с дифференциации в процессе затвердевания океана», — пояснили авторы научной работы.

Согласно наиболее популярной гипотезе, Луна представляет собой кусок Земли, выбитый при столкновении с космическим телом размером с Марс. При ударе несколько верхних километров будущего спутника расплавились, превратив его поверхность в жидкий магматический океан. Это подтверждают горные породы — анортозиты, распространенные на лунных материках. Анортозиты состоят в основном из плагиоклаза, обогащенного оксидом кальция. Он менее плотный, поэтому, выплавляясь из магмы, поднимался кверху и формировал первичную кору, а более тяжелые оливины и пироксены тонули, образуя мантию.

Некоторые модели предполагают, что первичная кора (и материковые возвышенности) состояла из чистых анортозитов. Но, по данным APXS, это ферроанортозиты (FAN, ferroan anorthosite). В образцах также повышена концентрация оксида магния, а оксида кремния — несколько понижена. Оливиновая фракция преобладает над пироксеновой, что нетипично для материковых образцов.

Исследователи допустили, что некоторые особенности состава реголита в месте работы «Прагъяна» обусловлены добавками минералов нижней коры и верхней мантии, попавших туда из выбросов материала вокруг астроблем.

Таким образом, новые данные подкрепили гипотезу лунного магматического океана, согласно которой материки возникли в результате флотации легких анортозитовых пород. Наиболее подходящая модель — двуслойная кора: верхняя — из плагиоклаза, нижняя — обогащенная оливином и пироксенами.

Справедливости ради, авторы исследования привели и альтернативные сценарии. Однако, по их мнению, гораздо важнее, что единообразие состава реголита позволит использовать это место как образец для настройки удаленных наблюдений и поможет планировать будущие миссии.