Американская пара аппаратов GRAIL, уже разбитая о поверхность Луны, продолжает снабжать человечество открытиями касательно нашего спутника. Задачей аппаратов было составление карты гравитационного поля небесного тела. Как и на Земле, горы или аномалии вроде Курской, содержащие много металлов, притягивают объекты сильнее, чем другие места, а впадины, наоборот, меньше. Еще во времена полетов советских луноходов и спускаемых роботов и американских астронавтов на Луну было отмечено, что гравитационное поле спутника сильно неравномерно в зависимости от точки на орбите. Конечно, эти вариации не могли помешать реализации миссий, но потребовали дополнительной работы и затрат топлива.

На Луне крупные скопления массы скрываются под поверхностью. «В 1968 году эти концентрации массы оказались неожиданным открытием для ученых, подготавливавших миссию Аполлонов, и они остались тайной с тех пор, – говорит один из авторов исследования Джей Мелош, сотрудник Университета Пердью, который был членом постоянной команды работавших с данными аппаратов GRAIL ученых. – Аппараты GRAIL теперь нанесли на карту местонахождение скоплений, так что мы получили некоторое понимание того, как и почему образовались подлунные скопления. Если мы вернемся к Луне, то сможем рассчитать маневры с намного большей точностью».

Кроме практического интереса, в выявлении аномалий гравитационного поля Луны есть и научная ценность. Они – важнейший ключ к процессам образования и эволюции Луны, неразрывно связанных с судьбой нашей родной планеты. Распределения массы под поверхностью небесного тела уже известны на Марсе и Меркурии, так что это типичная ситуация для планет. «Мы знаем, что древняя Луна должна была быть намного горячее, чем сейчас, а ее твердая кора была тоньше, – говорит Мелош. – Нам впервые представляется возможность оценить, какие крупные астероиды ударяли в поверхность Луны, изучая не только ее видимые кратеры, но и внутренние свойства, проявляющиеся в гравитационных аномалиях. Это дает нам возможность заглянуть во времена тяжелой бомбардировки астероидами и узнать, с чем пришлось столкнуться нашей планете».

В исследовании была подтверждена основная теория относительно концентрации масс на Луне. Они действительно произошли от ударов крупных астероидов миллиарды лет назад. Выбивая из поверхности Луны миллионы тонн материала, часть которого оседала в других местах, и создавая углубления, астероиды перераспределяли массу спутника. «Объяснение уплотнений ускользало от ученых десятилетиями, – заключает руководитель проектов зондов Мария Зубер. – С момента открытия их удалось обнаружить также на Марсе и Меркурии, и за счет изучения состояния Луны мы сильно продвинулись с прояснении процессов, задействованных в эволюции коры любой твердой планеты». В основном гравитационные аномалии имеют одинаковую структуру. Это точка с увеличенной гравитацией, окруженная кольцом с ее недостатком. Оно же опять окружено кольцом избыточной гравитации. Такая структура образуется естественным образом при рождении кратера – ударе, выбросе материи и остывании расплавленной ударом материи.

Центральное уплотнение – это результат расплавления лунного материала в самом месте удара. Здесь оказывается больше тяжелых элементов, плотность точки повышается, и она притягивает дополнительную материю из окружающей расплавленной коры. При ударе также образовывались крупные провалы в кратере. По мере того, как холодная, твердая лунная кора наползала на эти углубления, она проваливалась в них, создавая своего рода заграждения из нагроможденного материала. Они мешали жидкой коре вернуться к своему первоначальному распределению. В результате вокруг центральной точки кратера образовывалось кольцо, в котором материи стало меньше и ее уровень был пониженным по сравнению с окружением. Эта разница в высоте также имеет влияние при точностях, характерных для исследования. Внешняя кромка имеет повышенное гравитационное поле, так как в этом месте оседает материал, выбитый при ударе.

Разумеется, таких рассуждений «на пальцах» недостаточно для уверенных заключений. Машины времени в нашем распоряжении, к сожалению, нет, поэтому приходится пользоваться ее моделью – компьютерным расчетом, который оперирует с моделью реальности. Разработав модель, которая объединяет в себе возможность анализа на двух характерных временах, можно проследить всю эволюцию магнитной аномалии – от ее рождения, когда требуется шаг по времени в микросекунды, до миллиардов лет, когда можно перескакивать через тысячелетия. Мелош является одним из пионеров в разработке математической модели, применяющей уравнения потока жидкости для описания потока расплавленных материалов после столкновения. Следующая стадия в работе модели была позаимствована из расчетов происходящего при столкновениях автомобилей – она позволила работать на характерных временах в несколько часов и даже была расширена до тысяч лет, чтобы описать процесс остывания кратера. Наличие большого объема точных данных аппаратов GRAIL, содержащего большое число магнитных аномалий, позволило подогнать параметры модели таким образом, чтобы она описывала рожедние аномалий, пока что – на Луне.