Траектория удара, сформировавшего древнейший бассейн Луны, определила места посадки для американских астронавтов в 2028 году
Группа ученых опубликовала в журнале Science Advances новое исследование, которое уточняет ключевые детали формирования самого большого и древнего ударного кратера на Луне — бассейна Южный полюс — Эйткен (SPA). Этот бассейн простирается более чем на 2000 километров на обратной стороне Луны, и его необычная вытянутая эллиптическая форма долгое время вызывала споры среди специалистов. Одни асимметрии в строении лунной коры указывали на северное направление удара, тогда как форма самого бассейна говорила о южном. Новое исследование разрешает это противоречие и, что важнее, поможет в планировании мест для будущей миссии NASA Артемида, запуск которой намечен на 2028 год.
Авторы работы провели серию высокоточных трехмерных симуляций, чтобы воспроизвести удар по луноподобной цели, варьируя размер, угол, скорость и внутреннее строение гипотетического астероида. Они использовали модели как недифференцированных тел, так и дифференцированных, у которых в процессе нагрева на ранних этапах формирования произошло разделение на плотное ядро и внешние слои. Сравнивая результаты симуляций с реальными особенностями бассейна SPA, исследователи нашли наилучшее соответствие. Согласно модели, бассейн Южный полюс — Эйткен образовался в результате падения дифференцированного астероида шириной около 260 километров, который двигался с севера на юг под пологим углом и не полностью проник в поверхность Луны. Именно плотное ядро этого небесного тела, как выяснили ученые, отвечает за характерное сужение бассейна в южном направлении.
Ключевым выводом работы стало определение направления удара — с севера на юг, что подтверждается более крутым градиентом толщины коры к северу и наличием богатых торием и железом отложений к юго-западу от бассейна, за его пределами. Направление удара критически важно, так как оно определяет, куда был выброшен материал, в том числе вещество из мантии Луны. Моделирование показало, что большая часть мантийного материала, выброшенного при ударе, упала обратно в бассейн, а оставшиеся выбросы распространились в виде «бабочкоподобного» узора: примерно на 550 километров за край кратера в направлении удара (на юг) и на 650 километров в поперечном направлении. При этом в северном направлении, откуда прилетел астероид, мантийных выбросов не обнаружено.
Скорость астероида также оказалась важным параметром: при скорости 10 км/с форма кратера получалась слишком вытянутой, а при 16 км/с — слишком круглой. Лучшее совпадение с реальным бассейном дала скорость 13 км/с. Это позволяет предположить, что до столкновения с Луной небесное тело двигалось по низкой орбите, характерной для объектов земной группы. Ученые приходят к выводу, что наиболее вероятным источником этого астероида была орбитальная зона Марса, а не зона Венеры и Земли. Согласно современным моделям, тела в марсианской зоне могли либо мигрировать туда в ходе гравитационных взаимодействий, либо сформироваться непосредственно в этой области на ранних этапах эволюции Солнечной системы.
Это открытие имеет прямое практическое значение для программы Артемида, поскольку место посадки миссии Артемида III запланировано в районе южного полюса Луны, недалеко от южного края бассейна Южный полюс — Эйткен. Ранее предполагалось, что если бы удар шел с юга на север, то район посадки оказался бы полностью лишен мантийного материала. Однако новая модель с ударом с севера на юг предсказывает, что астронавты миссии Артемида прилунятся как раз в зоне выбросов, содержащих вещество лунной мантии, поднятое при формировании бассейна. Таким образом, образцы, которые планируется собрать в ходе этой миссии, скорее всего, позволят впервые напрямую изучить состав лунной мантии, а также уточнить возраст самого бассейна Южный полюс — Эйткен. Исследователи признают, что даже их детальные 3D-модели могут упускать некоторые нюансы деформации коры, но ожидаемые образцы с миссии Артемида в ближайшие годы напрямую проверят эти предсказания.
Исследование в журнале Science Advances.