Луна — единственный естественный спутник нашей планеты, каменистое небесное тело, вращающееся вокруг Земли на расстоянии примерно 384 тысячи километров.
По наиболее распространенной научной гипотезе, Луна сформировалась около 4,5 миллиарда лет назад в результате «гигантского столкновения» — мощного удара протопланеты, размером с Марс, известной как Тейя, о молодую «прото-Землю». С течением времени, когда новорожденная Луна остывала из горячего магматического океана, образовывались кристаллические слои с различным содержанием железа и минеральным составом, что сформировало внутреннюю структуру нашего спутника, которую мы знаем сегодня.
На Луне отсутствуют погодные условия и тектоника плит, поэтому ее внутренний состав и структура практически не изменились с момента формирования. Поскольку Земля и Луна имеют общее происхождение, изучение лунных недр может быть ключом к пониманию состава ранней Земли и эволюционной истории системы Земля-Луна.
До настоящего времени ученые получали информацию о внутреннем строении Луны в основном из сейсмических данных, собранных приборами, установленными во время миссий NASA Apollo. Однако связь скоростей сейсмических волн с конкретным минеральным составом требует знания упругих свойств минералов лунной мантии при высоких давлениях и температурах. В отличие от земных минералов, данные об упругости лунных минералов, которые значительно богаче железом, чем земные, до сих пор были ограниченными.
Специалисты Центра геодинамических исследований (GRC) изучили скорости продольных и поперечных сейсмических волн, а также плотность лунного ортопироксена при давлении до 5,5 гигапаскаля и температуре до 1273 кельвинов. Эксперименты проводились с использованием ультразвуковых методов в сочетании с синхротронными рентгеновскими измерениями в многонаковальном прессе на синхротронной установке SPring-8 в Японии. На основе полученных данных совместно с литературными данными для богатого железом оливина ученые смоделировали сейсмические свойства и плотность породы верхней мантии Луны.
Модель демонстрирует, что для того, чтобы соответствовать сейсмологическим наблюдениям лунной верхней мантии на глубинах 40−740 километров, порода должна содержать примерно 20 мольных процентов железа. Проще говоря, породы, из которых состоит наш естественный спутник, гораздо богаче железом, чем предполагали ученые. Это открытие позволяет глубже понять процессы формирования и эволюционную историю системы Земля-Луна, предполагая, что породы протопланеты Тейи были более плотными и богатыми железом, чем считалось ранее.
Это также указывает на то, что вулканическая активность и внутренняя динамика ранней Луны были более интенсивными, что способствовало более быстрому остыванию и более длительному существованию лунного магнитного динамо. Таким образом, точные измерения упругих свойств минералов помогают переписать историю не только Луны, но и ранней Земли.
Фото: hi-tech.mail.ru