Анализ данных о составе реголита, собранных в ходе миссии «Чандраян-3», провели индийские ученые. Полученные результаты оказались схожими с образцами, исследованными в рамках предыдущих миссий, которые функционировали в различных широтах. По мнению исследователей, это подтверждает одну из теорий формирования Луны.
В августе 2023 года индийская миссия «Чандраян-3» впервые успешно приземлилась на поверхность Луны. Спускаемый модуль «Викрам», на котором находился луноход «Прагъян», совершил мягкую посадку между кратерами Манцини и Богуславский, в 350 километрах от края обширного ударного бассейна Южный полюс — Эйткен.
Луноход «Прагъян» приступил к передвижению по лунной поверхности. Для проведения элементного анализа грунта он оснащен рентгеновским спектрометром альфа-частиц (APXS). За период с 23 августа по 2 сентября луноход преодолел 103 метра и выполнил 30 измерений лунного реголита в 23 различных точках.
APXS облучал поверхность земли альфа-частицами и рентгеновскими лучами, получая спектр возникающего при этом излучения. На основе сравнения полученных данных с эталонными, прибор определял состав грунта.
Единый состав реголита был выявлен в ходе анализа, проведенного во всех 23 точках, за исключением одной. Прибор зарегистрировал основные (Si, Ti, Al, Fe и другие) и второстепенные химические элементы (Na, S, K, Ti, Cr, Mn, Ni). APXS осуществлял анализ на глубину не более миллиметра, однако в пробы неизбежно попадал грунт с глубины нескольких сантиметров, перемещаемый колесами машины.
Только точность анализа трех предыдущих миссий может служить ориентиром: американской «Аполлон-16», советской «Луна-20» и китайской «Чанъэ-4». Эти миссии представляют собой немногочисленные точки на материках. Авторы статьи отметили, что в рамках миссии «Чандраян-3» впервые были получены подробные данные о площади в десятки метров, опубликованной в журнале Nature.
Реголит в точке посадки отличается высоким содержанием кальция и алюминия, при этом его концентрация железа и титана относительно низка. Это свидетельствует о том, что грунт состоит из типичных анортозитов материнской породы. Результаты, полученные с помощью рентгеновских спектрометров, установленных на орбитальных аппаратах «Чандраян-2» и «Чандраян-1», согласуются с данными, полученными ровером «Прагъян». Кроме того, съемка местности спектрометром NASA, установленным на борту «Чандраяна-1», в ближней инфракрасной области показала схожий состав реголита с пространственным разрешением в несколько километров.
По данным APXS, состав проб, полученных с образцов «Апполона-16» и «Луны-20», находится в диапазоне между результатами, полученными для этих миссий.
«Авторы научной работы отметили, что места посадки аппаратов расположены на значительном удалении: это экваториальная область, средние широты и возвышенности южных широт. Схожий состав реголита в этих регионах подтверждает основное положение гипотезы о лунном магматическом океане, которое гласит, что химическое развитие Луны началось с дифференциации при застывании океана.
Существующая гипотеза предполагает, что Луна образовалась в результате столкновения Земли с космическим объектом, сравнимым по размерам с Марсом. В момент удара верхние километры будущего спутника расплавились, сформировав на его поверхности магматический океан. Это подтверждается составом лунных пород — анортозитов, которые широко распространены на лунных материках. Анортозиты преимущественно состоят из плагиоклаза, содержащего повышенное количество оксида кальция. Благодаря меньшей плотности, этот минерал при выплескивании из магмы поднимался вверх, формируя первичную лунную кору, в то время как более тяжелые оливины и пироксены опускались вниз, образуя мантию.
Существуют модели, согласно которым, изначально первичная кора (и материковые возвышенности) формировалась из анортозитов, не содержащих железа. Однако, данные, полученные с помощью APXS, указывают на то, что это были ферроанортозиты (FAN). Кроме того, в образцах отмечается повышенное содержание оксида магния и несколько пониженное содержание оксида кремния. Оливиновая фракция оказалась более распространенной, чем пироксеновая, что не характерно для материковых пород.
По мнению исследователей, некоторые характеристики состава реголита в районе «Прагъяна» могут быть связаны с минералами, происходящими из нижней коры и верхней мантии, которые были вынесены на поверхность в результате выбросов материала, вызванных образованием астроблем.
Полученные данные подтверждают гипотезу о существовании лунного магматического океана, предполагающую формирование континентов благодаря всплытию легких анортозитовых пород. Наиболее вероятной представляется модель двуслойной коры, состоящей из верхнего слоя, богатого плагиоклазом, и нижнего слоя, обогащенного оливином и пироксенами.
Авторы исследования также представили альтернативные сценарии, однако подчеркнули, что единообразие состава реголита делает это место ценным образцом для калибровки дистанционных исследований и планирования будущих миссий.