Прошло 50 лет с момента запуска "Аполлона-11", но наши знания о Луне все еще поразительно скудны. Мы только поцарапали поверхность того, что еще предстоит узнать, в буквальном смысле слова. В недавно опубликованной в журнале Geophysical Research Letters статье говорится об обнаружении массивного - действительно массивного - тела материала, находящегося в сотнях миль под самым большим кратером на Луне. И ученые находятся в тупике относительно того, что это такое и как оно туда попало.
"Сначала мы не очень-то в это верили", - говорит Х. Джей Мелош, геофизик из Университета Пердью и соавтор нового исследования. Известно, что некоторые другие лунные бассейны имеют аномалии массы, например, те, которые были впервые обнаружены в 1968 году лунными орбитальными аппаратами, предшествовавшими программе "Аполлон". "Но о бассейне Южный полюс - Эйткен никогда не было известно, что он имеет подобную аномалию массы".
В бассейне Южный полюс - Эйткен находится самый большой известный кратер в Солнечной системе. Более 1 200 миль в ширину, несколько миль в глубину и возраст около 4 миллиардов лет, он расположен на дальней стороне Луны, поэтому вы никогда не замечали его во время всех ваших наблюдений за Луной. Считается, что неизвестная масса, находящаяся под кратером, залегает под землей на глубине 370 миль и по размерам примерно в пять раз больше Большого острова Гавайев.
Несмотря на то, что мы не можем его увидеть и у нас нет возможности непосредственно изучить то, что находится под поверхностью Луны, мы знаем, что оно скрывается там благодаря гравитации. Планеты и луны, движущиеся в космосе, не обладают равномерным полем гравитации. Оно колеблется в зависимости от распределения массы тела.
Мы можем измерить гравитационное поле Луны, пролетев на спутнике над ее поверхностью. Более сильное притяжение, вызванное большей массой, заставит космический аппарат ускориться по направлению к поверхности. И наоборот, когда спутник пролетает над областями с меньшей массой, он будет подпрыгивать вверх по высоте. Собрав все эти данные о полетах вместе, можно составить карту гравитационного поля Луны и определить, какие части содержат больше массы, чем другие.
Это очень легко сделать для ближней стороны Луны, которая обращена к нам, но исторически было невозможно связаться с чем-либо, проходящим вокруг дальней стороны. НАСА исправило эту ситуацию в рамках миссии Gravity Recovery and Interior Laboratory, или GRAIL. Они отправили два лунных орбитальных аппарата в 2011 и 2012 годах и в течение года собирали данные о гравитационном поле и геологии, измеряя изменение расстояния между двумя космическими аппаратами по мере их движения по орбите Луны. Для своего времени это было невероятно высокоточное исследование.
Некоторые из авторов нового исследования были частью команды GRAIL и были заинтересованы в изучении гравитационных аномалий, измеренных во время исследования. Некоторые из них специально изучали данные, которые указывали на то, что гравитационная аномалия исходит из бассейна Южный полюс - Эйткен. Когда они объединили эти измерения с данными лунной топографии, полученными с помощью орбитального аппарата Lunar Reconnaissance Orbiter, команда поняла, что глубоко под поверхностью лежит что-то странное.
Исходя из того, что было известно на тот момент, считалось, что регион находится в изостазии, или состоянии гравитационного равновесия. "Мы думали, что вряд ли здесь может существовать какая-либо гравитационная аномалия. И тем не менее, анализы продолжали показывать гравитационное превышение". Данные также показали, что оно не может находиться вблизи поверхности - оно должно быть глубоко под землей - и было достаточно тяжелым, чтобы отяготить бассейн более чем на полмили.
Одна из ранних теорий предполагала, что аномалия состоит из плотных кристаллов, но не было хорошего способа объяснить, как эти кристаллы образовались на самом деле. "Никто из нас не был особенно убежден в этом", - говорит Мелош. "Это действительно своего рода специальная интерпретация".
Доминирующее объяснение, за которое выступают исследователи, заключается в том, что масса состоит из металла (вероятно, железо-никелевого) из ядра снаряда, который давным-давно столкнулся с Луной и создал кратер. Исследователи несколько неохотно согласились с такой интерпретацией, поскольку она кажется более фантастической, но Мелош считает, что со временем эта теория окрепла.
В целом, обнаружение этой штуки вносит изюминку в наши продолжающиеся попытки более детально понять геологию Луны. Существуют некоторые современные модели, которые предполагают, что внутренняя часть Луны все еще достаточно теплая, чтобы способствовать мантийной конвекции, когда тепло позволяет внутренностям Луны перемещаться. Если применить то, что мы знаем о том, как этот процесс происходит на Земле, к Луне, то это будет означать, что эта аномальная масса должна была погрузиться глубоко в лунное ядро и слиться с ним. Однако, очевидно, что она остается во взвешенном состоянии, поэтому ученые теперь пытаются выяснить, точны ли эти модели или здесь происходит что-то другое.
"Такая плотная аномалия, как эта, должна была опуститься и присоединиться к ядру Луны, - говорит Мелош. Тот факт, что она все еще там, может говорить нам о том, что Луна жестче и холоднее, чем мы думали раньше". Мелош считает, что нам необходимо пересмотреть наши модели, чтобы учесть более твердую Луну, а не более расплавленную".
Однако переписывание и выполнение такого рода расчетов требует значительных усилий, и неясно, сможем ли мы разрешить эту загадку в ближайшее время. Вряд ли мы сможем получить более точную оценку гравитационного поля, чем та, которой добился GRAIL, но "что мы можем сделать, - говорит Мелош, - так это определить сейсмическое местонахождение того, что это такое, и это будет еще одной причиной для широко обсуждаемой, но так и не реализованной сейсмической сети". Предложение, на которое он ссылается, предусматривает установку новых сейсмометров вокруг Луны для сбора данных о любой сейсмической активности. Эти данные можно было бы использовать для более детального изучения недр Луны, в том числе для изучения того, из чего состоит масса под бассейном Южный полюс - Эйткен. "Таким образом, мы узнаем о Луне гораздо больше".