Она возникла около 4,22 миллиарда лет назад
Планетологи определили, что вихрь Дьюара на поверхности Луны вызван локальными аномалиями в плотности и намагниченности пород коры, которые, скорее всего, возникли в результате вулканических процессов около 4,22 миллиарда лет назад. Этот результат говорит в пользу идеи о том, что внутри Луны в далеком прошлом могло функционировать геодинамо, а лунные вихри возникают в регионах, богатых оксидом железа и с заметной горизонтальной намагниченностью пород. Статья опубликована в журнале Science Advances.
В настоящее время естественный спутник Земли не обладает глобальным магнитным полем, однако вопрос о том, было ли так в прошлом и каким образом это поле могло генерироваться, остается одной из нерешенных проблем современной планетологии. С одной стороны, есть свидетельства действия внутри Луны эффективного динамо-эффекта, связанного с расплавленным ядром, около 3,5–4,25 миллиарда лет назад: на это указывает остаточная намагниченность некоторых пород, доставленных на Землю астронавтами программы «Аполлон», а также лунные вихри — сложные поверхностные структуры с высоким альбедо, связанные с заметным магнитным полем. Затем напряженность глобального поля Луны упала, но сохранялась в период от 1,92 до 0,8 миллиарда лет назад.
Однако с другой стороны ряд пород, доставленных астронавтами «Аполлонов», обладал практически нулевой или очень малой намагниченностью, оценки намагниченности грунта внутри лунных кратеров тоже дают разные результаты — это касается и напряженности полей, и времени приобретения породами намагниченности. Не исключается, что заметное глобальное магнитное поле существовало в самый ранний период эволюции Луны, или что его не было вообще. Возможно и то, что динамо-механизм не работал непрерывно. Некоторые магнитные аномалии связаны с крупными ударными бассейнами на Луне, что можно объяснить термоостаточной намагниченностью. Другие подобные структуры согласуются с моделями магматической активности, однако их труднее исследовать из-за ограниченности доступных данных измерений.
Группа планетологов во главе с Си Янгом (Xi Yang) из Швейцарской высшей технической школы Цюриха опубликовала результаты анализа структуры лунной коры вблизи вихря Дьюара. Исследователи исходили из того, что если магнитная аномалия возникла в результате действия геологического процесса, например внедрения в кору магматического расплава, то это также создаст локальную аномалию плотности коры, что отразится в данных по измерению гравитационных полей. Данные по магнитным полям ученые взяли из каталогов орбитальных зондов «Кагуя» и Lunar Prospector, а данные по гравитационному полю Луны — из каталога орбитального зонда GRAIL.
Вихрь Дьюара расположен к северо-западу от гигантского ударного бассейна Южный полюс — Эйткен в высокогорной области экваториальной части обратной стороны Луны, рядом с 46-километровым кратером Дьюара. В этом регионе наблюдается заметное повышенное содержание железа, титана, тория и пироксена, что может быть признаком наличия скрытых древних базальтовых отложений.
Сравнение моделей плотности лунной коры и ее намагниченности указало на связь вихря Дьюара с явной магнитной аномалией: намагниченность пород достигала 0,4 ампера на метр. Кроме того, объемная плотность коры в этом регионе примерно на 250 килограмм на кубический метр больше, чем в его окрестностях. Аномалию можно описать единым источником, шириной около 60 километров и глубиной до девяти километров, причем наиболее явная ее часть простирается до глубины в пять километров, со средними значениями отклонения объемной плотности и намагниченности пород относительно окрестной коры около 150 килограмм на кубический метр и 0,2 ампера на метр, соответственно.
Исследователи пришли к выводу, что регионы лунной коры, богатые оксидом железа FeO и хорошо защищенные от потоков космических лучей и солнечного ветра локальными горизонтальными магнитными полями, могут обзавестись высоким поверхностным альбедо, что будет приводить к формированию лунных вихрей. Что касается вихря Дьюара, то аномалия объемной плотности и необычный геохимический состав в этом регионе, по мнению ученых, хорошо укладываются в модель внедрения в кору магматического источника, например, скрытого древнего вулкана. В пользу этого говорит и наблюдаемая под вихрем возвышенность куполообразной формы, похожая на Холмы Мариуса на видимой части Луны. Альтернативная версия ударного происхождения магнитной аномалии не нашла подтверждений.
Ученые рассчитали, что аномалия Дьюара могла сформироваться до завершения Нектарского периода, примерно 4,22 ± 0,08 миллиарда лет назад, оценки минимальной палеоинтенсивности магнитного поля составляют от 11 до 22 микротесла. Для сравнения — средняя интенсивность современного магнитного поля Земли составляет 50–65 микротесла. Такую интенсивность очень древнего магнитного поля на Луне нельзя объяснить моделями термической конвекции, кристаллизации ядра, несинхронным вращением, связанным с ударным событием, или прецессией внутреннего ядра. Однако подходят модели конвекции в базальном магматическом океане Луны или дифференциальной прецессия мантии и ядра, а также их сочетания, которые могли бы работать как геодинамо. Дальнейшие исследования пород из разных регионов Луны как орбитальными аппаратами, так и астронавтами и аппаратами на поверхности Луны, могли быть дать более точные ограничения на модели лунного динамо.
Один из лунных вихрей вскоре станет целью активных исследований NASA — вблизи структуры Рейнер Гамма планируется высадить модуль Nova-C, в полезную нагрузку которого входят луноход и сейсмографы.