Луна постоянно обращена к Земле одной стороной, однако современные исследования показали, что различия между ее видимой и невидимой сторонами значительно больше, чем предполагалось ранее. Согласно свежим данным, на подлунной поверхности зафиксирована температурная неравномерность.
Начиная с первых астрономических наблюдений, ученые обратили внимание на то, что видимая сторона Луны отличается от обратной. Например, на видимой больше темных участков — лунных «морей» — равнин, сложенных застывшими слоями базальтовой лавы, которая три-четыре миллиарда лет назад затопила низменности. На обратной больше кратеров и кольцевых горных хребтов.
Различия такого рода были отмечены еще в XX веке, когда первые космические аппараты начали делать снимки Луны с орбиты. На протяжении десятилетий ученые обсуждали, связаны ли эти различия с поверхностными явлениями или свидетельствуют о более глубоких отклонениях.
В 2011 году NASA осуществило запуск лунной миссии GRAIL — два идентичных зонда Ebb и Flow. Эти устройства с беспрецедентной точностью фиксировали изменения расстояния между ними, позволяя создать подробную карту гравитационного поля спутника.
Аппараты Ebb и Flow передавали и получали радиосигналы в Ka-диапазоне, фиксируя при этом вариации времени их прохождения между станциями. Эти изменения могут быть крайне незначительными, достигая долей микрометра. При пролете над областями Луны с различной плотностью вещества, гравитационное притяжение там оказывало на спутники немного большую или меньшую силу. Это вызывало микроскопические ускорения или замедления, что, в свою очередь, приводило к незначительным изменениям взаимного расстояния между аппаратами.
Зафиксировав незначительные изменения в расстоянии, эксперты создали карту гравитационного поля Луны. Собранные сведения позволили ученым лучше понять, что представляет собой Луна испытывает приливную деформацию под действием гравитации Земли, которая «вытягивает» естественный спутник вдоль линии Земля — Луна (воображаемая прямая, соединяющая центры масс Земли и Луны), создавая переменные выпуклости — «приливные горбы».
Команда американских инженеров и астрономов во главе с Райаном Парком ( Ryan Park) ученые из Лаборатории реактивного движения NASA, изучив данные, полученные аппаратами миссии GRAIL, пришли к выводу, что Луна испытывает большую деформацию под действием гравитационного притяжения Земли, чем это демонстрировали предыдущие расчеты.
Согласно расчетам специалистов, если бы внутреннее строение естественного спутника было однородным, то есть материал распределялся бы равномерно по всей глубине и без различий между видимой и обратной сторонами, то под воздействием земной гравитации он испытал бы деформацию, выражающуюся в сжатии и растяжении, в строго определенной степени. Однако фактические измерения выявили, что деформация Луны оказывается на 72 процента выше, чем прогнозировалось бы для однородного внутреннего строения.
Для объяснения аномалии ученые изучили ряд предположений. Одним из них является различный химический состав сторон Луны. Однако, согласно результатам моделирования, наиболее точное соответствие с полученными данными демонстрирует сценарий, при котором видимая сторона спутника испытывает более интенсивный нагрев по сравнению с обратной. Это приводит к различиям в плотности и вязкости горных пород, что делает видимую часть более чувствительной к гравитационному воздействию Земли.
Различия в температуре обуславливают разную реакцию Луны на гравитационное воздействие Земли. Видимая сторона, представляющая собой более «теплый» участок, обладает большей пластичностью и легче деформируется по сравнению с «холодной» обратной стороной. Таким образом, этот участок более восприимчив к внешним воздействиям.
Неравномерность температур может быть обусловлена прошлым вулканизмом. На обращенной к наблюдателю стороне находятся протяженные базальтовые равнины, сформировавшиеся в результате извержений, произошедших несколько миллиардов лет назад. Также там зафиксировано более высокое содержание радиоактивных элементов – урана и тория, находящихся вблизи поверхности. В процессе радиоактивного распада изотопов урана и тория высвобождается тепловая энергия.
Почему наблюдается неравномерное распределение этих элементов? Согласно одной из гипотез, после мощного столкновения, ставшего причиной образования Луны, ее поверхность находилась в расплавленном состоянии. Охлаждение происходило быстрее на обратной стороне, что привело к перемещению тяжелых элементов к более горячей видимой стороне, где кора сохраняла большую пластичность.
После того, как обратная сторона полностью затвердела, эти компоненты оказались «запертыми» внутри коры на видимой поверхности.
NASA планирует продолжить изучение внутреннего устройства Луны. Важную роль в этих исследованиях играют лунотрясения.
Сейсмические волны будут исследоваться учеными с целью выявления изменений, происходящих в недрах Луны. Для реализации этой задачи NASA намерен в 2026 году отправить на Луну аппарат Farside Seismic Suite. Он будет расположен на обратной стороне спутника и предназначен для регистрации колебаний горных пород.
Научная работа опубликована в журнале Nature.