Ученые Массачусетского технологического института обнаружили, что пористость лунной коры, проникающая глубоко под поверхность, может многое рассказать об истории бомбардировок Луны.

В исследовании, опубликованном в Nature Geoscience, команда показала с помощью моделирования, что в начале периода бомбардировки Луна была очень пористой — почти на треть пористее пемзы. Эта высокая пористость, вероятно, была результатом ранних массивных ударов, которые разрушили большую часть земной коры.

Ученые предположили, что непрерывный натиск ударов будет медленно увеличивать пористость. Но, к удивлению, команда обнаружила, что почти вся пористость Луны быстро образовалась в результате этих массивных ударов, и что продолжающееся натиск меньших ударников фактически уплотнило ее поверхность. Эти более поздние, более мелкие удары вместо этого сжали и уплотнили некоторые из существующих трещин и разломов на Луне.

Из своих симуляций исследователи также подсчитали, что Луна испытала в два раза больше ударов, чем можно увидеть на поверхности. Эта оценка ниже, чем предполагали другие.

«Предыдущие оценки показали, что это число намного выше, в 10 раз больше столкновений, которые мы наблюдаем на поверхности, и мы прогнозируем, что столкновений было меньше», — говорит соавтор исследования Джейсон Содерблом, научный сотрудник Департамента Земли Массачусетского технологического института. , Атмосферные и планетарные науки (EAPS). «Это важно, потому что это ограничивает общий материал, который ударные объекты, такие как астероиды и кометы, доставили на Луну и земные тела, и накладывает ограничения на формирование и эволюцию планет во всей Солнечной системе».

Ведущим автором исследования является постдоктор EAPS Я Хуэй Хуан, а также сотрудники Университета Пердью и Университета Оберн.

Пористая запись

В новом исследовании ученые попытались проследить изменение пористости Луны и использовать эти изменения под поверхностью для оценки количества ударов, произошедших на ее поверхности.

«Мы знаем, что Луна подвергалась такой бомбардировке, что мы видим на поверхности, больше не является записью каждого удара, который когда-либо оказывала Луна, потому что в какой-то момент удары стирали предыдущие удары», — говорит Содерблом. «Мы обнаружили, как удары создали пористость в земной коре, не разрушается, и это может дать нам лучшее ограничение на общее количество ударов, которым подверглась Луна».

Чтобы проследить эволюцию пористости Луны, команда обратилась к измерениям, проведенным Лабораторией восстановления гравитации и внутренних органов НАСА, или GRAIL, миссией, разработанной Массачусетским технологическим институтом, которая запускала два космических корабля вокруг Луны для точного картографирования поверхностной гравитации.

Исследователи преобразовали гравитационные карты миссии в подробные карты плотности подстилающей коры Луны. По этим картам плотности ученые также смогли составить карту современной пористости лунной коры. Эти карты показывают, что области, окружающие самые молодые кратеры, очень пористые, в то время как менее пористые области окружают более старые кратеры.

Хронология кратера

В своем новом исследовании Хуанг, Содерблом и их коллеги попытались смоделировать, как менялась пористость Луны, когда она подвергалась сначала большим, а затем меньшим ударам. Они включили в свое моделирование возраст, размер и расположение 77 крупнейших кратеров на поверхности Луны, а также полученные с помощью GRAIL оценки пористости каждого кратера на текущий день. Моделирование включает все известные бассейны, от самых старых до самых молодых ударных бассейнов на Луне, и охватывает возраст от 4,3 до 3,8 миллиардов лет.

Для своего моделирования команда использовала самые молодые кратеры с самой высокой на сегодняшний день пористостью в качестве отправной точки для представления начальной пористости Луны на ранних стадиях тяжелой лунной бомбардировки. Они пришли к выводу, что более старые кратеры, образовавшиеся на ранних стадиях, изначально были очень пористыми, но со временем подвергались дальнейшим ударам, которые уплотняли и уменьшали их первоначальную пористость. Напротив, более молодые кратеры, хотя и образовались позже, подверглись бы меньшему количеству последующих ударов, если вообще имели бы место. Их основная пористость тогда будет более репрезентативной для начальных условий Луны.

«Мы используем самый молодой бассейн на Луне, который не подвергался слишком большому количеству ударов, и используем его в качестве начальных условий», — объясняет Хуанг. «Затем мы используем уравнение для настройки количества ударов, необходимых для перехода от этой начальной пористости к более уплотненной современной пористости самых старых бассейнов».

Команда изучила 77 кратеров в хронологическом порядке, исходя из их ранее определенного возраста. Для каждого кратера команда смоделировала величину изменения нижележащей пористости по сравнению с начальной пористостью, представленной самым молодым кратером. Они предположили, что большее изменение пористости было связано с большим количеством ударов, и использовали эту корреляцию для оценки количества ударов, которые привели бы к пористости каждого кратера на текущий день.

Эти симуляции показали четкую тенденцию: в начале тяжелой бомбардировки Луны, 4,3 миллиарда лет назад, кора была высокопористой — около 20 процентов (для сравнения, пористость пемзы составляет около 60–80 процентов). Ближе к 3,8 миллиарда лет назад земная кора стала менее пористой и остается на нынешней пористости около 10 процентов.

Это изменение пористости, вероятно, является результатом действия более мелких ударников, уплотняющих трещиноватую корку. Судя по этому сдвигу пористости, исследователи подсчитали, что Луна испытала примерно в два раза больше небольших ударов, чем можно увидеть на ее поверхности сегодня.

«Это устанавливает верхний предел частоты столкновений в Солнечной системе», — говорит Содерблом. «Теперь у нас также есть новое понимание того, как воздействия влияют на пористость земных тел».

Ссылки по теме:

• Источник: Phys.org