Планетезимали, а не астероиды, создали самые большие кратеры Луны

Фото из открытых источников Рябая поверхность Луны рассказывает историю ее истории. По данным Международного астрономического союза (МАС), она отмечена более чем 9000 ударными кратерами. Самые большие из них называются ударными бассейнами. Новое исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal Letters, утверждает, что бассейны были созданы не астероидами, а планетезималями. Гипотеза гигантского удара поддерживает идею о том, что Луна была создана, когда протопланета размером с Марс врезалась в Землю около 4,5 миллиардов лет назад. Столкновение отправило расплавленный материал на орбиту вокруг Земли. Часть этого материала упала на Землю, а часть объединилась, чтобы стать Луной. Когда расплавленная порода объединилась, Луна пережила фазу, называемую океаном лунной магмы (LMO). Вся поверхность Луны была расплавлена во время LMO, и хотя астрономы не сомневаются, что массивные объекты столкнулись с Луной во время этого эпизода, никаких записей о них нет. Только после того, как луна затвердеет, удары могут оставить неизгладимый след. Исследователи пытаются понять Луну, собирая воедино историю лунных столкновений, и затвердевание ЖИО знаменует собой нулевой час для рекорда столкновений с Луной. Поскольку Луна геологически неактивна, каждый ударный элемент, ударявший по Луне с нулевого часа, оставлял след, который сохранился и по сей день. Некоторые лунные кратеры настолько велики, что их называют ударными бассейнами, а не кратерами. Бассейны не только крупнее кратеров, но и более сложны и, как правило, имеют кольцо с центральным пиком, а не один центральный пик. Объекты размером более 300 км называются лунными ударными бассейнами, и их около 50. Самый большой ударный бассейн Луны — это бассейн Южного полюса Эйткен (SPA), его диаметр составляет 2494,5 км. Новое исследование говорит, что оставшиеся земные планетезимали сформировали эти бассейны, когда они врезались в Луну. Ударники, создавшие бассейны, сыграли огромную роль в истории Луны и контролировали большую часть ее геологии. Когда они ударяли, они удаляли существующий материал корки с самого внутреннего пикового кольца и утолщали корку между внутренним пиковым кольцом и гребнем внешнего края. Морские базальты Луны, образцы которых были отобраны миссиями Аполлона, в основном приурочены к топографическим впадинам в середине бассейнов. Удары также вызвали разломы и другие деформации на больших участках лунной поверхности и выкопали материал мантии. Этот обнаженный материал мантии содержит ключи к фундаментальным процессам образования и эволюции планет. Некоторые ударные бассейны до сих пор называют лунными кобылами из-за их внешнего вида. Древние люди думали, что темные области внутри бассейнов были океанами. Бассейны заполнились базальтовой лавой не тогда, когда они были первоначально сформированы, а когда другие ударные силы ударили противоположную сторону Луны от бассейнов и вызвали вулканическую активность. Кобылы покрывают около 16% лунной поверхности. Когда эти бассейны формируются, удар распространяет выбросы повсюду, что помогает исследователям собрать воедино историю Луны. Кратер на вершине выброса должен быть моложе ударной впадины, а если впадина частично погребает кратер, то кратер старше. Предыдущие исследования показали, что за эти ударные бассейны ответственны астероиды из главного пояса. «Предполагалось, что ударники, формирующие бассейн, были астероидами, выброшенными из внутреннего расширения главного пояса (1,8–2,0 а.е.)», — пишут авторы. Но в своей статье авторы говорят, что большинство ударников были планетезималиями. «Здесь мы показываем, что большинство ударников были скалистыми планетезималями, оставшимися на расстоянии ~ 0,5–1,5 а.е. после аккреции планет земной группы». С Луной столкнулось больше планетезималей, чем отражено в отчетах, потому что планетезималей было больше в начале истории Солнечной системы, и некоторые из них могли столкнуться во время фазы ЖМО Луны. «… первые около 200 млн лет столкновений с лунной поверхностью не зафиксированы», — объясняют исследователи. Исследователи создали модели, чтобы определить роль планетезималей в формировании лунных бассейнов. Они основывали свои модели на предыдущих исследованиях аккреции земных планет, которые показывают, как планетезимали менялись со временем из-за столкновений с другими объектами. Это называется столкновительным измельчением, которое в конечном итоге приводит к равномерному распределению планетезималей по размерам. Они также полагались на динамическое моделирование астероидов и комет, чтобы увидеть, какую роль они сыграли в лунных столкновениях. Работа авторов показывает, что удары астероидов вызвали наибольшее количество столкновений за последние 3,5 миллиарда лет. Но до этого большую часть ущерба наносили планетезимали. «Интегрированная история лунных столкновений показывает, что оставшиеся планетезимали доминировали в потоке ранних столкновений (t < 1,1 млрд лет или T > 3,5 млрд лет; T измеряется с точки зрения сегодняшнего дня)», — сказали исследователи. Кометы создали несколько ударных кратеров в Солнечной системе, но их немного по сравнению с астероидами и планетезималями. Их результаты также показывают, что около 500 планетезималей диаметром 20 км столкнулись с Луной во время ее ЖМО-фазы. Но эти удары не оставили неизгладимого следа. Согласно этой работе, выдающийся бассейн Имбриум является чем-то вроде исключения. В их модели планетезималь, создавшая бассейн Имбриума, «происходит с вероятностью 15–35%», была больше или равна примерно 100 км в диаметре и ударилась около 3,92 миллиарда лет назад. Авторы говорят, что он, должно быть, сформировался поздно, потому что над ним есть только два меньших бассейна. Результаты подтверждаются и столкновениями с Землей. Но без изучения ударных кратеров исследователи полагаются на слои шаровидных образований. Когда ударные элементы ударяются о Землю, они создают шлейф испарившейся породы. Горная порода конденсируется в крошечные сферические камни, называемые шариками, которые изливаются обратно на Землю. Они образуют залегающие в породе шаровидные пласты. «Наша модель предсказывает примерно 20 столкновений в день > 10 км с Землей для T = 2,5–3,5 млрд лет», — говорится в исследовании. «Это похоже на количество известных пластов сферы в позднем архее». В этот промежуток времени на Землю упали как астероиды главного пояса, так и оставшиеся планетезимали. Но они пишут: «В то время как столкновения с астероидами были более равномерно распределены в конце архея, почти все столкновения с планетезималами должны были произойти до 3 млрд лет назад». Исследователи все еще изучают лунные кратеры и собирают воедино историю Солнечной системы. Хотя МАС официально признает 9 137 кратеров, из которых 1 675 датированы, эти цифры, вероятно, изменятся. Новое исследование, основанное на данных китайского лунного орбитального аппарата «Чанъэ», приближает количество кратеров к 130 000. В другом исследовании цифра еще выше: два миллиона кратеров размером более 1–2 км. Каким бы ни было конечное число, каждый кратер подобен окаменелости. На Земле нет этой летописи окаменелостей, и сбор воедино палеонтологической летописи на Луне раскрывает историю не только Луны, но и Земли.