Температурная аномалия Луны: Почему одна половина нашего спутника заметно горячее другой?

15 май 2025, 13:13

Мы привыкли думать о Луне как о старой знакомой. Она висит в нашем небе, меняет фазы, вызывает приливы и отливы. Кажется, что мы знаем о ней почти всё. Но, как это часто бывает в науке, привычные объекты порой преподносят самые неожиданные сюрпризы. Недавние исследования показали: наш спутник не так прост, как кажется. Его недра хранят тайну — одна сторона Луны заметно теплее другой. Интригует, не правда ли?

Когда гравитация выдает секреты

Давайте сразу к делу. Как вообще можно «измерить температуру» внутри другого небесного тела, да еще и не прикасаясь к нему? Здесь на помощь приходит гравитация. Помните школьные уроки физики? Любое тело, обладающее массой, создает вокруг себя гравитационное поле. Чем массивнее объект или его часть, тем сильнее это поле.

Иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Именно эту идею использовали ученые из NASA в миссии GRAIL (Gravity Recovery and Interior Laboratory). Два космических аппарата-близнеца несколько лет прилежно кружили вокруг Луны, с ювелирной точностью измеряя малейшие изменения расстояния между собой. А зачем? Дело в том, что, пролетая над более плотными участками лунной коры или мантии, аппарат, идущий первым, чуть ускорялся под действием усилившейся гравитации. Второй аппарат следовал за ним, и вот эти микроскопические «догонялки» фиксировались приборами. Так, шаг за шагом, была составлена невероятно подробная карта гравитационного поля Луны.

И вот тут-то началось самое интересное.

Частичный расплав, связанный с предполагаемой приповерхностной тепловой аномалией, вырывается на поверхность, образуя маревые области примерно 4 млн лет назад (слева). По мере остывания внутренней части части частичное плавление, связанное с предполагаемой приповерхностной тепловой аномалией, опускается вниз, пока не локализуется на глубине 800-1200 км в настоящее время (справа). Цветовая шкала обозначает температуру мантии (уменьшается от светло-желтого к темно-оранжевому и темно-зеленому). Желтыми крестиками обозначены лунотрясения, локализующиеся в пределах или чуть выше частично расплавленных областей современной лунной мантии. Цитирование: Park, R.S., Berne, A., Konopliv, A.S. et al. Thermal asymmetry in the Moons mantle inferred from monthly tidal response. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08949-5
Автор: Park, R.S., Berne, A., Konopliv, A.S. et al. Источник: www.nature.com

Неожиданная «мягкость» Луны

Мы давно знаем, что видимая с Земли сторона Луны (ближняя) и ее обратная сторона (дальняя) разительно отличаются. Ближняя испещрена темными «морями» — застывшими лавовыми равнинами, а дальняя — почти сплошь покрыта кратерами. Но ученые копнули глубже, в прямом смысле слова.

Данные GRAIL показали, что гравитационные аномалии нельзя объяснить только рельефом поверхности. Что-то не сходилось. И тогда исследователи обратили внимание на то, как Луна деформируется под воздействием приливных сил Земли. Да-да, не только Луна вызывает приливы на Земле, но и Земля, будучи гораздо массивнее, оказывает аналогичное, «растягивающее» воздействие на свой спутник.

Представьте себе, что вы сжимаете в руках неидеально упругий мячик. Он немного деформируется. Так вот, расчеты показали, что Луна «поддается» земному притяжению на целых 72% сильнее, чем если бы ее недра были абсолютно однородными и симметричными. Это как если бы одна половина мячика была сделана из более мягкого материала, чем другая.

В левой колонке показана пространственная картина гравитационных потенциалов, связанных с приливами эксцентриситета степени-2, порядка-0,2 (т.е. (2,0) и (2,2)) и приливами наклона степени-2, порядка-1 (2,1), действующих на Луну. Во втором столбце показана пространственная картина латеральной неоднородности модуля сдвига степени-1, порядка-1 (т.е. (1,1) или ближняя дальняя сторона), наложенной на лунный интерьер. В третьем столбце показан отклик в точках (2,0), (2,1) и (2,2), ожидаемый для сферически симметричного интерьера (т.е. также основные компоненты отклика для латерально неоднородного интерьера). В четвертом и пятом столбцах показаны дополнительные режимы деформации в степени 3 (т.е. (3,0), (3,1), (3,2) и (3,3)), ожидаемые для латерально неоднородного интерьера, показанного во втором столбце. Строки в третьем, четвертом и пятом столбцах соответствуют откликам, связанным с форсированием в той же строке в столбце 1. Например, форсирование (2,1) стимулирует отклик в точках (3,0) и (3,2), форсирование (2,0) стимулирует отклик в точке (3,1), а форсирование (2,2) стимулирует отклик в точках (3,1) и (3,3). Цитирование: Park, R.S., Berne, A., Konopliv, A.S. et al. Thermal asymmetry in the Moons mantle inferred from monthly tidal response. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08949-5
Автор: Park, R.S., Berne, A., Konopliv, A.S. et al. Источник: www.nature.com

Теплое сердце ближней стороны

Что же делает одну часть Луны «мягче» другой? Команда Райана Парка из Лаборатории реактивного движения НАСА перебрала несколько гипотез, включая различия в химическом составе. Но наиболее убедительной оказалась модель, где внутренняя часть ближней стороны Луны… теплее, чем у дальней.

Постойте, теплее? Откуда там тепло? Тут на сцену выходят старые знакомые — радиоактивные элементы, такие как уран и торий. При их распаде выделяется энергия, то есть тепло. И, похоже, этих «печек» в недрах ближней стороны Луны оказалось больше. Эта гипотеза отлично согласуется с тем, что мы знаем о вулканическом прошлом Луны: большинство лавовых морей, как мы помним, находятся именно на ближней стороне. Больше тепла — больше расплавленной породы, активнее вулканизм. Все сходится!

Так почему же Луна получилась такой «однобокой»? Это, честно говоря, пока вопрос открытый. Одна из версий — наследие бурной юности нашего спутника. Возможно, в далеком прошлом Луна пережила столкновение с крупным космическим телом, и это событие привело к неравномерному распределению вещества и, как следствие, тепла в ее недрах. Представляете, какой катаклизм это мог быть?

a, проекция Моллвейда (макс = 715 мГал, мин = -440 мГал). b, стереопроекция северного полушария. c, стереопроекция южного полушария. Цитирование: Park, R.S., Berne, A., Konopliv, A.S. et al. Thermal asymmetry in the Moons mantle inferred from monthly tidal response. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08949-5
Автор: Park, R.S., Berne, A., Konopliv, A.S. et al. Источник: www.nature.com

Заглянуть еще глубже: что дальше?

Конечно, ученые не собираются останавливаться на достигнутом. Гравитационные данные — это мощный инструмент, но хочется получить и прямое подтверждение. И здесь на помощь придет сейсмология. Точно так же, как землетрясения помогают нам изучать недра Земли, «лунотрясения» могут рассказать о внутреннем строении Луны.

НАСА уже готовит миссию Farside Seismic Suite, запуск которой запланирован на 2026 год. Специальные сейсмометры будут установлены на обратной стороне Луны, чтобы «прослушать» ее глубины. Эти данные, в сочетании с уже имеющимися, помогут составить еще более детальную картину того, что же происходит внутри нашего загадочного спутника.

Так что, в следующий раз, глядя на Луну, помните: перед вами не просто холодный каменный шар. Это сложное, динамичное небесное тело, хранящее еще немало секретов. И каждый новый ответ, который находят ученые, лишь рождает новые, еще более захватывающие вопросы. Разве это не прекрасно?

Опубликовано: Мировое обозрение Источник