Ученые наконец-то узнали, что находится внутри Луны

Единственный спутник Земли хранит в себе множество тайн. Только в этом году ученые узнали о наличии на Луне пещер, сформированных лавовыми трубками, которые образовались в ходе извержения потоков базальтовой лавы. Еще больше вопросов в последние годы вызывало внутреннее ядро Луны – оно твердое или расплавленное? Этот продолжающийся спор лег в основу обширных исследований по всему миру. Все потому, что понимание состава лунного ядра позволяет получить важнейшее представление о формировании и эволюции не только спутника Земли, но и других небесных тел в Солнечной системе. К счастью, теперь все точки над i, наконец, расставлены – результаты исследования, опубликованного в журнале Nature, показали, что что внутреннее ядро Луны действительно твердое, а его плотность близка к плотности железа. Это прорывное открытие может революционизировать наше понимание эволюции Луны и ее магнитного поля.

Что ж, теперь все встало на свои места – Луна не сделана сыра. Изображение: cff2.earth.com

Из чего сделана Луна?

В детстве многие из нас верили, что Луна сделана из сыра. Повзрослев, мы поняли, что это просто глупая шутка – как и все небесные тела в Солнечной системе, камень является более реалистичным ингредиентом. Однако из-за возможности наблюдать спутник невооруженным глазом прямо с Земли, людей, на протяжении всей истории человечества, интересовали темные и светлые пятна на ее поверхности.

Сегодня мы знаем, что лунная поверхность покрыта потухшими вулканами, ударными кратерами и потоками лавы, однако в прошлом ученые всерьез полагали, что темные участки Луны могут быть покрыты океанами и называли их mare, что в переводе с латыни означает «моря» (maria, когда их больше одного). Как оказалось, mare действительно представляют собой своеобразные океаны, только вместо воды они состоят из луж застывшей лавы. На поверхности Луны также имеется множество свидетельств присутствия астероидов, которые легко увидеть в телескоп.

Снимок сделан с борта «Аполлон-17» в 1972 году. Слева от центра – кратер Пифей. Ближе к вершине – кратер Коперник. Изображение: cdn.mos.cms.futurecdn.net

Как и у Земли, у Луны есть кора, мантия и ядро. Скалистая поверхность нашего спутника, например, покрыта реголитом. Когда астероиды и метеориты сталкиваются с поверхностью, то разбивают ее на мелкие кусочки, на которых остаются отпечатки (например, знаменитый отпечаток ноги Нила Армстронга). Толщина лунной коры составляет от 60 до 100 километров, а глубина залегания реголита на поверхности может достигать от 3 до 20 метров.

Отметим также, что Луна – второй по плотности спутник в Солнечной системе и уступает лишь спутнику Юпитера Ио. Разделение внутренней части Луны на слои, вероятно, было вызвано кристаллизацией океана магмы вскоре после ее образования. Однако больше всего вопросов у ученых всегда вызывало лунное ядро – какое оно, твердое оно или жидкое? И как это узнать?

Лунное ядро

Необходимо отметить, что изучение недр таких спутников как Луна – задача непростая, особенно когда имеющиеся данные не отличаются особой детализацией. По этой причине изучение внутреннего состава объектов Солнечной системы наиболее эффективно осуществляется с помощью сейсмических данных – то, как акустические волны, генерируемые землетрясениями, проходят сквозь материал внутри планеты или Луны и отражаются от него, помогает составить подробную карту внутренней части небесного тела.

Большая часть внутренней части Луны состоит из литосферы, толщина которой составляет около 1000 км. Изображение: naked-science.ru

Чтобы узнать больше о внутреннем строении Луны ученые использовали сейсмические данные, собранные в ходе миссии «Аполлон», однако их разрешение было слишком низким, чтобы точно определить состояние внутреннего ядра. Так, известно, что внешнее ядро текучее, но что именно оно собой представляет все эти годы оставалось загадкой.

К счастью, все изменилось благодаря ученым из Французского национального центра научных исследований (CNRS) во главе с астрономом Артуром Брио, которые, наконец, расставили все точки над «i», совместив данные о космических полетах и экспериментах, степени деформации Луны в результате гравитационного взаимодействия с Землей, изменения расстояния до Земли и ее плотности.

Если говорить проще, то Брио и его команда выяснили, что лунная мантия перевернулась вверх дном когда Луна только-только сформировалась. Это означает, что то, было у нашего спутника сверху, оказалось внизу, а то, что было внизу – на поверхности. Выходит, внутреннее ядро Луны представляет собой твердый шар с плотностью, близкой к плотности железа.

Исследование лунных недр

В ходе работы Брио и его команда объединили имеющиеся сейсмические данные с информацией, полученной в ходе космических полетов и экспериментов с лунным лазерным дальномером и использовали их для моделирования ядра Луны. Результаты показали, что мантия Луны – слой над ядром – активно переворачивается. Это означает, что более плотный материал движется к центру, в то время как менее плотный поднимается к поверхности.

Древняя Луна генерировала магнитное поле в своем жидкометаллическом ядре. Изображение: cdn.sci.news

Ключевым выводом нового исследования является поразительное сходство между лунным и земным ядрами: подобно нашей планете, Луна, по-видимому, имеет внешний жидкий слой, окружающий твердое внутреннее ядро. Это интригующее сходство наводит исследователей на важные вопросы, касающиеся формирования и эволюции обоих небесных тел.

Открытие твердого внутреннего ядра на Луне имеет огромное значение для нашего понимания истории ее магнитного поля. Как правило, магнитные поля создаются движением и конвекцией расплавленного металла в ядре планеты, что приводит к возникновению электрических токов. Открытие также бросает вызов устоявшимся предположениям, фокусируясь на механизмах, лежащих в основе постепенного ослабления магнитного поля Луны с течением времени, а также на процессах ее внутреннего охлаждения.

Почему это важно?

Подводя итог, можно сказать, что открытие твердого внутреннего ядра Луны является ключевым моментом в понимании ее истории и ее связи с нашей планетой. Более того, подтверждая предыдущие открытия и раскрывая новые подробности о внутреннем строении Луны, Артур Брио и его команда помогают нам лучше понять, как такие небесные тела как Луна и Земля, проходят через схожие процессы формирования и эволюции.

Так, полученные данные позволят лучше подготовиться к будущим лунным экспедициям, а само исследование подчеркивает важность продолжения изучения тайн Луны, напоминая нам о том, что даже нашему ближайшему небесному соседу еще есть чему нас удивить. К тому же, будущие лунные миссии позволят собрать новые сейсмические данные, способные подтвердить выводы Брио и его команды.

Лунное ядро очень похоже на земное – с внешним жидким слоем и твердым внутренним ядром. Изображение: www.astronomy.com

Так, дальнейшие исследования могут помочь составить более четкую картину внутреннего строения Луны и ответить на оставшиеся вопросы о ее формировании. Таким образом, мир вступил в новую эру лунных исследований, которые имеют первостепенное значение как для практического применения, так и для научных знаний.

Напомним, что NASA планирует вернуть человека на Луну «ради научных открытий, экономических выгод и вдохновения для нового поколения исследователей» в ходе миссии Артемида, подробнее о которой мы рассказывали здесь, настоятельно рекомендуем к прочтению!