Місяць набагато старший, ніж ми колись вважали, але його вогняне минуле приховало його справжній вік. Нове дослідження показує, що через кілька сотень мільйонів років після свого утворення Місяць зазнав такої екстремальної вулканічної активності, що вся його кора кілька разів плавилась і перебудовувалася, скидаючи його геологічний годинник. У той час Місяць обертався набагато ближче до Землі, і інтенсивні приливні сили від цієї близькості перегрівали його внутрішню частину, викликаючи сильні виверження. Лише Іо, супутник Юпітера і найбільш вулканічно активне тіло в Сонячній системі, пропонує подібний приклад таких надзвичайних умов.
Ця нова перспектива, опублікована в Nature міжнародною командою з Каліфорнійського університету Санта-Крус, Інституту дослідження сонячної системи Макса Планка та Колеж де Франс, вирішує давні протиріччя щодо віку Місяця. Згідно з їхніми висновками, Місяць утворився від 4,43 до 4,51 мільярда років тому. Однак його кора — змінена вулканічним лютем — здається щонайменше на 80 мільйонів років молодшою.
Розбіжності місячного віку
Виявилося, що Місяць невловимий, коли справа доходить до визначення його справжнього віку. Оцінки вчених відрізняються на кілька сотень мільйонів років, причому одні припускають, що він утворився 4,35 мільярда років тому, а інші припускають, що 4,51 мільярда років тому.
Невідповідність значною мірою зводиться до каменів: більшість зразків місячних порід вказують на молодший вік, але кілька рідкісних кристалів силікату цирконію, відомих як циркони, датуються набагато старше. Як таке може бути? Нове дослідження пропонує пояснення. Дослідники підрахували, що після формування Місяця його кора значною мірою розплавилася. У той час як більшість матеріалів піддалися цим інтенсивним умовам, кілька цирконів залишилися недоторканими, зберігаючи проблиск ранньої історії Місяця.
Розкриття місячного походження через зіткнення
Історія Місяця починається з масштабного зіткнення. На початку існування Сонячної системи шматок розміром приблизно з Марс врізався у ще молоду Землю. Зіткнення викликало стільки тепла, що наша планета повністю розтанула і викинула величезну кількість матеріалу в космос. Поступово цей матеріал зібрався разом, утворивши Місяць, який спочатку був покритий величезним океаном гарячої рідкої породи. У наступні мільйони років новоутворене тіло охололо та віддалялося від Землі все далі й далі, поки не досягло своєї поточної орбіти на відстані приблизно 384 400 кілометрів.
Приливні сили та нагрівання Місяця
«Нас особливо цікавить фаза, коли відстань між Землею та Місяцем становила приблизно одну третину сучасної відстані», — пояснює професор доктор Френсіс Німмо з Каліфорнійського університету Санта-Крус, перший автор нового дослідження. У цей час відбувалися різноманітні зміни положення та форми орбіти Місяця. Крім усього іншого, він став більш еліптичним, так що швидкість Місяця та його відстань від Землі помітно змінювалися в межах кожної орбіти. Сили, що діють таким чином, «збуршили» нутрощі Місяця до такої міри, що він нагрівся. Подібна ситуація все ще відома сьогодні на супутнику Юпітера Іо, який рухається навколо газового гіганта також по дещо еліптичній орбіті. Величезні припливні сили Юпітера роблять малий Місяць найбільш вулканічно активним тілом у Сонячній системі. Ранній Місяць Землі, ймовірно, відповідав навіть Іо.
Як показують розрахунки дослідників, теплового потоку з місячних надр було достатньо, щоб розплавити та розгортати всю мантію. Хоча жодного разу протягом цієї фази магматичний океан не покривав весь Місяць, протягом кількох мільйонів років тепло з надр поступово досягало кожної частини поверхні, розріджуючи більшу частину гірської кори — можливо, навіть кілька разів. У деяких місцях розпечена лава виходила на поверхню, в інших магма впорсквалася під поверхню, нагріваючи скелі навколо.
Вплив вулканічної активності на місячне датування
Ця вулканічна історія є вирішальною для визначення віку гірських порід. З моменту свого утворення місячні породи (як і земні породи) містять радіоактивні ізотопи. Ізотопи — це різновиди певних атомів, які відрізняються лише кількістю нейтронів в атомному ядрі. Оскільки час розпаду ізотопів відомий, можна зробити висновок про вік гірської породи за їх поточною концентрацією. Вирішальний фактор: поки камінь гарячий, він може обмінюватися ізотопами з навколишнім середовищем. Коли він охолоне, він замикається у своєму складі. Захоплені радіоактивні ізотопи починають розпадатися — і геологічний годинник починає цокати.
«Сильний вулканізм, ймовірно, скинув геологічний годинник Місяця», — пояснює професор д-р Торстен Кляйне, директор MPS і співавтор дослідження. «Тому зразки місячних порід не виявляють свого початкового віку, а лише коли вони востаннє сильно нагрівалися», – додає він. Лише кілька термостійких цирконів свідчать про більш віддалене минуле, показують дослідники у своїх розрахунках. У деяких місцях, де лава не досягла поверхні, зерна циркону залишалися холодними, тому їх внутрішній годинник не постраждав.
«Зразки місячних порід розповідають нам про всю бурхливу історію Місяця. Вони розповідають нам про його формування та пізніший бурхливий вулканізм. Досі ми просто не читали ці підказки правильно», — каже Кляйне. Згідно з результатами дослідника, самому Місяцю від 4,43 до 4,51 мільярда років. Бурхливий вулканізм сформував його кору приблизно 4,35 мільярда років тому.
Розгадка місячних таємниць за допомогою нових досліджень
Нові відкриття також вирішують багато інших протиріч, які раніше спантеличили вчених. Наприклад, відносно невелика кількість кратерів на Місяці свідчила про його старість. За такий довгий час наш космічний сусід мав стати свідком більшої кількості ударів. Тепер вулканізм пропонує пояснення.
«Лава з надр Місяця могла заповнити ранні басейни зіткнення і таким чином зробити їх невпізнанними», — говорить співавтор, професор д-р Алессандро Морбіделлі з Колеж де Франс.
Склад місячної мантії поставив перед дослідниками ще одну загадку. Це шар гірських порід, який лежить прямо під місячною корою. Його список інгредієнтів відрізняється від земного в ключових аспектах. Однак, якби внутрішня частина Місяця була розплавлена вдруге, деякі речовини могли витекти з мантії в залізне ядро під ним.
«Нові результати означають, що всі шматочки головоломки, які раніше не підходили разом, тепер утворюють послідовну загальну картину формування Місяця», — каже Клейне.
