Геологи из США, Франции и Австралии представили результаты самых детальных исследований подземного строения Восточного моря на Луне и предположили сценарий его формирования. По словам исследователей, оно образовалось в результате столкновения небесного тела с 64-километровым астероидом на скорости в 15 километров в секунду. Модель ученых объясняет возникновение трех выраженных колец в структуре лунного бассейна — оказывается, они появились уже в первый час после столкновения. Две работы, описывающие строение приповерхностного слоя и моделирующие его возникновение, опубликованы в Science.
Восточное море — самый молодой и хорошо сохранившийся лунный ударный бассейн. По оценкам ученых, основанным на количестве наложившихся на него крупных кратеров, возраст моря составляет около 3,8 миллиарда лет. Это делает его хорошим модельным объектом, с которым можно сравнивать ударные бассейны на других небесных телах.
Несмотря на большой размер Восточного моря (его внутренняя область немного меньше моря Кризисов, видимого невооруженным взглядом), его сложно увидеть — он находится на лимбе Луны для земного наблюдателя. Первые снимки с космических аппаратов показали, что оно обладает необычным строением и состоит из трех выраженных колец. Топографию моря удалось детально изучить с помощью лазерного альтиметра LRO.
Общий диаметр моря насчитывает 930 километров, оно состоит из внутренней области, двух колец (Inner Rook Ring и Outer Rook Ring), и гор Кордильер. В новых работах исследователи собрали данные о гравитационных аномалиях Восточного моря и выяснили, каким образом оно могло возникнуть.
Первое исследование посвящено анализу данных с космических аппаратов миссии GRAIL (Gravity Recovery and Interior Laboratory) — «Эбб» и «Флоу». Пара зондов двигалась по близким орбитам — расстояние между ними не превышало 225 километров. Неоднородности гравитационного поля Луны влияли на скорость аппаратов и точное расстояние между ними. Эти изменения конвертировались в распределение гравитационного поля вдоль траектории спутников.
Уже под конец миссии «Эбб» и «Флоу» пролетели на высоте около шести километров над Восточным морем — минимальное сближение достигало двух километров. Это позволило значительно увеличить точность собираемых гравитационных данных. Ученые определили гравитационные аномалии двумя независимыми способами и построили карты с разрешением от трех до пяти километров по горизонтали. Исключив «открытый» вклад в аномалии от гор и кратеров, геологи получили информацию о плотности пород под поверхностью Луны.
Оказалось, что под центральной областью находятся породы высокой плотности — около 3,2 грамм на кубический сантиметр. Плотность лунной коры при этом составляет 2,55 грамм на кубический сантиметр. Это свидетельствует о том, что при падении метеорит полностью «снял» слой коры и обнажил мантию Луны. Детали строения подповерхностного слоя и несимметричность Кордильер авторы использовали в своей второй работе.
Второе исследование посвящено моделированию столкновения метеорита с Луной. По словам авторов, наилучшим образом форма и размеры ударного бассейна подходили к падению метеорита диаметром 64 километров, летящего со скоростью 15 км/с. Такое столкновение могло выбросить несколько миллионов кубических километров породы с глубины вплоть до 180 километров. Образовавшийся в результате кратер был нестабильным и обрушился под действием гравитации.
Теоретическое моделирование позволило не только описать размеры кратера, но и предсказать расположение колец и расстояние между ними. Внешнее скалистое кольцо и Кордильеры оказались верхушками разломов, возникших в лунной коре. Внутреннее кольцо (Inner Rook Ring) образовалось после выброса породы из центральной области кратера.
По словам авторов, моделирование таких процессов позволяет лучше понять то, как возникают кратеры. К примеру, кольцеобразные структуры наблюдались и в других ударных бассейнах, например, на Равнине Жары на Меркурии и в кратере Вальхалла на Каллисто.
Владимир Королёв