Планетологи обнаружили разницу температур лунной мантии под разными сторонами Луны

Планетологи обнаружили, что глубокая мантия заметно отличается по температуре под видимой стороной Луны и обратной, что может отвечать за наблюдаемую глобальную разницу свойств двух полушарий Луны и пространственное распределение глубоких лунотрясений. Статья опубликована в журнале Nature. 

Глобальная асимметрия Луны заключается в заметном различии ее видимой и обратной сторон с точки зрения топографии, толщины коры и вулканической активности. На видимой стороне сосредоточены лунные моря в виде равнинных областей из базальта, что указывает на повышенный уровень вулканизма, в то время как обратная сторона преимущественно состоит из материковых областей (возвышенных регионов, покрытых кратерами) и более неровная, чем видимая сторона. Кроме того, центр масс Луны смещен от центра формы, а толщина коры на видимой стороне Луны меньше, чем на обратной. Различаются и концентрации радиогенных нуклидов в поверхностном слое на разных сторонах Луны.

Теории, объясняющие подобные различия, сводятся к различиям в термохимической эволюции внутренней части Луны на ее разных сторонах или же к влиянию крупных ударных событий. Однако для их подтверждения не хватает данных, в том числе по температуре или структуре в глубоких недрах Луны для разных сторон. 

Группа планетологов во главе с Райаном Парком (Ryan Park) из Калифорнийского технологического института представила результаты оценки свойств недр разных сторон Луны на основании данных по изменению во времени ее гравитационного поля в ответ на периодическое приливное воздействие со стороны Земли по мере движения Луны по вытянутой и наклонной орбите. Данные были собраны двумя космическими аппаратами проекта GRAIL с окололунной орбиты.

Приливный отклик Луны заключается в ее вязкоупругой реакции на гравитационное влияние со стороны Земли, которое можно выразить через числа Лява разных порядков, представляющие собой отношение потенциалов, индуцированного на Луне за счет деформации, и Земли, порождающей эти деформации. Неоднородная по структуре Луна, особенно в зоне мантии, проявит себя в аномальных значениях чисел Лява второго и третьего порядков.

Данные наблюдений GRAIL указывают на заметную латеральную неоднородность недр Луны, которая не связана с различием структуры и толщины коры на глубинах менее 34 километров. Лучше всего для описания данных наблюдений подходит наличие разницы в 2–3 процента между модулем сдвига лунной мантии в пределах глубины до 800 километров для видимой и обратной сторон Луны. Эта разница, в свою очередь, лучше всего описывается разницей температур в 100–200 кельвин.

Таким образом, современная мантия Луна демонстрирует температурную асимметрию для двух сторон спутника, которая может быть связана с различием в содержании радиогенных источников тепла, таких как торий и титан, которые могут быть способны до сих пор поддерживать генерацию магмы на глубинах 800–1250 км для видимой стороны Луны. Подобная зона предполагаемого частичного плавления мантии совпадает с нижней границей радиальной протяженности глубоких лунотрясений, а сама температурная асимметрия может также влиять на долговременную эволюцию лунной коры. 

То, что Луна может быть тектонически активна до сих пор, уже обнаруживали ранее. Сеть молодых гряд на видимой стороне Луны может быть отголоском катаклизма, породившего бассейн Южный полюс — Эйткен несколько миллиардов лет назад.