Приливной разогрев. Земля, как искусный массажист, не позволяла Луне остыть: наша гравитация нагревала недра Луны, вызывая извержение магмы на протяжении двух миллиардов лет.
Луна могла оставаться геологически активной значительно дольше, чем считали ученые, благодаря самой Земле. Исследователи предложили механизм, который объясняет, как гравитационное воздействие нашей планеты нагревало внутренние слои спутника и способствовало поддержанию вулканической активности даже спустя миллиарды лет после его формирования.
Работа ученых под руководством Мяо Чэня из Чэндуского технологического университета опубликована в журнале Planet.
Луна оказалась не такой холодной, как предполагали
Согласно наиболее распространенной теории, наш единственный спутник возник около 4,5 миллиарда лет назад в результате столкновения молодой Земли с протопланетой Тейей. Обломки, выброшенные в космос, постепенно (или очень быстро) объединились и сформировали Луну.
При этом относительно небольшие размеры спутника означали, что тепло, накопленное при его образовании, должно было быстро рассеяться. Луна постепенно охладилась бы и превратилась в геологически мертвое тело.
Тем не менее, образцы базальта, полученные на Земле китайской миссией «Чанъэ-5» из Океана Бурь, поставили под сомнение эту гипотезу. Лабораторные исследования показали, что возраст этих пород составляет около двух миллиардов лет. Базальты формируются в результате вулканической активности или других процессов, требующих высоких температур и давления.
Объяснить столь поздний вулканизм предыдущие модели не могли. Радиоактивные элементы, такие как калий и уран, к тому времени уже не обеспечивали необходимое количество тепла. Удары астероидов также не могли быть основным источником энергии: период наиболее интенсивного метеоритного бомбардировки Луны завершился задолго до формирования исследованных пород.
Земля разминала лунные недра
Команда Чэня изучила приливной разогрев. Это явление наблюдается, когда гравитация большого небесного тела искажает другое тело, периодически растягивая и сжимая его внутренние слои. Яркий пример — спутник Юпитера Ио, который отличается крайне высокой вулканической активностью.
Около двух миллиардов лет назад Луна располагалась значительно ближе к Земле, чем сегодня. Один полный оборот вокруг нашей планеты занимал примерно 16 суток вместо нынешних 27. Кроме того, ее орбита была более вытянутой, что приводило к сильным изменениям гравитационного воздействия Земли в зависимости от положения спутника.
Ученые решили исследовать, как эти силы воздействовали на внутреннее строение Луны. В отличие от предыдущих расчетов, где спутник изображался в виде относительно однородной сферы, исследователи применили трехмерную модель, учитывающую особую зону пород с низкой вязкостью между ядром и мантией.
Результаты оказались неожиданными. Моделирование конвекции показало, что энергия приливных деформаций сосредоточивалась в двух симметричных областях на границе ядра и мантии. Исследователи назвали эти зоны аномального приливного нагрева (THAZ).
Около 3,2 миллиарда лет назад эти области составляли всего 2,5% объема лунной мантии, но получали мощность порядка 150 гигаватт. Это более чем в четыре раза превышало количество тепла, выделяемого при радиоактивном распаде.
Такой механизм мог не только поддерживать высокую температуру лунного ядра, но и способствовать продлению существования магнитного поля спутника. Кроме того, нагрев способствовал образованию мощных мантийных плюмов — потоков горячего вещества, поднимавшихся к коре.
