По словам ведущего автора Иэна Гаррика-Бетелла, доцента кафедры Земли и планетных наук Калифорнийского университета в Санта-Круз, результаты, опубликованные 30 июля в журнале Nature, дают представление о ранней истории Луны, ее орбитальной эволюции и ее нынешней ориентации в небе.Когда Луна остыла и затвердела более 4 миллиардов лет назад, скульптурные эффекты приливных и вращательных сил застыли на месте. Идея замороженной приливно-вращательной выпуклости, известная как гипотеза «ископаемой выпуклости», была впервые описана в 1898 году. «Если вы представите вращение водяного шара, он начнет сглаживаться на полюсах и выпирать на экваторе», — сказал Гаррик. -Bethell объяснил. «Вдобавок ко всему у вас есть приливы из-за гравитационного притяжения Земли, и это создает своего рода форму лимона с длинной осью лимона, направленной на Землю».Но этот процесс выпуклости окаменелостей не может полностью объяснить нынешнюю форму Луны.
В новой статье Гаррик-Бетелл и его соавторы включили в свой анализ другие приливные эффекты. Они также приняли во внимание большие ударные бассейны, которые сформировали топографию Луны, и они рассмотрели гравитационное поле Луны вместе с ее топографией.Кратеры от удараПопытки проанализировать общую форму Луны осложняются большими бассейнами и кратерами, созданными мощными ударами, которые деформировали лунную кору и выбросили большое количество материала. «Когда мы пытаемся проанализировать глобальную форму Луны с помощью сферических гармоник, кратеры похожи на пробелы в данных», — сказал Гаррик-Бетелл. «Мы проделали большую работу, чтобы оценить неопределенности в анализе, которые возникают из-за этих пробелов».
Их результаты показывают, что вариации толщины лунной коры, вызванные приливным нагревом во время ее формирования, могут составлять большую часть крупномасштабной топографии Луны, в то время как остальная часть согласуется с замороженной приливно-вращательной выпуклостью, которая образовалась позже.В предыдущей статье Гаррика-Бетелла и некоторых из тех же соавторов описывались эффекты приливного растяжения и нагрева лунной коры в то время, которое было 4,4 миллиарда лет назад, когда твердая внешняя кора все еще плавала в океане расплавленной породы. Приливное нагревание привело бы к тому, что кора будет тоньше на полюсах, в то время как самая толстая кора образовалась бы в областях, совпадающих с Землей.
Более раннее исследование, опубликованное в журнале Science в 2010 году, показало, что форма одной области с необычным рельефом на Луне, дальнего побережья Луны, соответствовала эффектам приливного нагрева во время образования коры.«В 2010 году мы нашли одну область, которая соответствует эффекту приливного нагрева, но это исследование оставило открытой остальную часть Луны и не включило приливно-вращательную деформацию. В этой статье мы попытались объединить все эти соображения», — сказал Гаррик. -Сказал Бетелл.Приливный нагрев и приливно-вращательная деформация оказали схожее влияние на общую форму Луны, придав ей небольшую форму лимона с выпуклостью на стороне, обращенной к Земле, и еще одной выпуклостью на противоположной стороне.
Однако эти два процесса оставили отличные следы в гравитационном поле Луны. Поскольку кора легче, чем нижележащая мантия, гравитационные сигналы показывают изменения толщины коры, вызванные приливным нагревом.Гравитационное поле
Интересно, что исследователи обнаружили, что общее гравитационное поле Луны больше не совпадает с топографией, как это было бы, когда приливные выпуклости застыли в форме Луны. Главная ось общей формы Луны (длинная ось лимона) теперь отделена от главной оси гравитации примерно на 34 градуса. (Если исключить из данных большие бассейны, разница все еще составляет около 30 градусов.)«Луна, которая обращалась к нам давным-давно, сместилась, поэтому мы больше не смотрим на изначальное лицо Луны», — сказал Гаррик-Бетелл. «Изменения в распределении массы сместили ориентацию Луны. Кратеры удалили некоторую массу, а также произошли внутренние изменения, вероятно, связанные с тем, когда Луна стала вулканически активной».
Детали и сроки этих процессов все еще не определены. Но Гаррик-Бетелл сказал, что новый анализ должен помочь усилиям по выяснению деталей ранней истории Луны. В то время как новое исследование показывает, что приливные эффекты могут объяснить общую форму Луны, приливные процессы не объясняют топографические различия между ближней и обратной сторонами.Помимо Гаррика-Бетелла, в число соавторов статьи входят Виранга Перера, которая работала над исследованием в качестве аспиранта UCSC и сейчас работает в Университете штата Аризона; Фрэнсис Ниммо, профессор наук о Земле и планетах UCSC; и Мария Зубер, планетолог из Массачусетского технологического института.
Эта работа финансировалась Министерством образования Кореи через Национальный исследовательский фонд.