Бассейн Южный полюс — Эйткен

Бассейн Южный полюс — Эйткен[4] — самый большой известный кратер Луны. Расположен на юге обратной стороны. Имеет размер 2400×2050 км[1], что делает его одним из крупнейших кратеров всей Солнечной системы[4][5]. Это глубочайшая и старейшая известная ударная структура Луны[1][6]. Глубина бассейна достигает 8 км, а полный интервал высот (от глубочайших точек дна до высочайших точек вала) — 16,1 км[5]. Его край виден с Земли как горная цепь, расположенная у южного лимба Луны («горы Лейбница»)[1]. Поверхность бассейна выделяется тёмным цветом[4].

Бассейн Южный полюс — Эйткен назван по именам двух объектов на его противоположных сторонах: южного полюса Луны и кратера Эйткен. Это рабочее название[4]; официального (утверждённого МАС) названия у этого объекта нет.

Бассейн Южный полюс — Эйткен был впервые заснят (хотя лишь частично и с низким качеством) уже первым космическим аппаратом, сфотографировавшим обратную сторону Луны, — «Луной-3» в 1959 году. На 4 снимках[7] аппарата бассейн виден как тёмное пятно, восточная часть которого скрыта за лимбом[8]. В 1960 году на основе этих снимков составили карту[9], где эта тёмная область получила название «Море Мечты» (More Mechty) в честь «Луны-1» («Мечты»)[10]. В том же году комиссия АН СССР опубликовала латинский вариант этого названия — Mare Desiderii[11]. Другим возможным переводом было бы Mare Somniorum, но это создавало бы путаницу с Озером Сновидений (Lacus Somniorum)[12]. В итоге Международный астрономический союз в 1961 году по предложению Марсела Миннарта утвердил название Mare Ingenii — «Море Ума»[13][14].

В 1962 году Уильям Хартманн[en] и Джерард Койпер предположили, что горы на южном краю видимой стороны Луны, известные как горы Лейбница (позже это название было отменено[15]), — это часть кольцевого вала, окружающего это море (аналогично другим горным хребтам Луны, окружающим различные моря). Таким образом, оно, как и большинство лунных морей, лежит в огромном кратере[13][16]. Позже подтвердилось, что эти горы тянутся вдоль южного края данного бассейна[1]. В 1968 году астронавты «Аполлона-8» сфотографировали хребты на северном краю бассейна, но их связь с ним была обнаружена лишь потом[17][1].

В конце 1960-х аппараты серии Lunar Orbiter выполнили глобальное фотографирование Луны, но при интерпретации их снимков этот разрушенный бассейн без сплошного лавового покрова и резких границ не обнаружили. Поэтому в 1971 году название Mare Ingenii перенесли на намного меньший объект в пределах бассейна[15][8]; на него перешло и русское название «Море Мечты».

Первые данные о рельефе бассейна были получены аппаратами «Зонд-6» (1968) и «Зонд-8» (1970). Исследования лунного лимба на их снимках обнаружили в этом районе впадину диаметром >2000 км и глубиной до 5–7 км[18][8]. Тогда советские учёные предложили назвать эту область Море Юго-Западное, но имеющихся в то время данных было недостаточно, чтобы надёжно определить её строение[19]. В 1971 году близкие глубины были измерены (для северной части бассейна) и лазерным высотомером «Аполлона-15», а в 1972 — «Аполлона-16»[20]. В 1978 году Геологическая служба США опубликовала геологическую карту, охватывающую северную половину бассейна[21].

О бассейне было известно очень мало до 1990-х годов, когда Луну посетили космические аппараты «Галилео» (пролётом) и «Клементина» (долговременные исследования с орбиты). Многозональная съёмка, выполненная этими аппаратами, показала, что поверхность этого бассейна содержит больше FeO и TiO2, чем лунные материки, и поэтому более тёмная. Позже состав поверхности был уточнён с помощью гамма-спектрометра на борту Lunar Prospector. Первая карта высот для большей части бассейна была построена благодаря «Клементине» — по данным высотомера и стереосъёмки. Впоследствии другие орбитальные аппараты исследовали бассейн ещё детальнее.

3 января 2019 года в лежащем внутри бассейна кратере Карман совершил посадку аппарат «Чанъэ-4»[22], что стало первой посадкой на обратной стороне Луны.

В 2019 году планетологи из миссий Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL) и Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) объявили об обнаружении под бассейном Южного полюса — Эйткена гравитационной аномалии, вызванной, возможно, застрявшим в мантии Луны 4 млрд лет назад железоникелевым ядром астероида-импактора. Масса аномалии оценивается примерно в 2,18×1018 кг и, вероятно, распространяется на глубину более 300 км[23][24].

Бассейн Южный полюс — Эйткен является крупнейшей уверенно идентифицированной ударной структурой Луны и одной из крупнейших — Солнечной системы[1][25][2].

Этот бассейн заметно вытянут с севера на юг (точнее, по азимуту 19°W)[1]. Он простирается от 16° ю. ш. до южного полюса и заходит ещё на 5° на видимую сторону[26], а его центр лежит на [1] Это примерно эллиптическая впадина с размытыми границами, внутри которой различают ещё одну подобную впадину. Внешняя имеет размер 2400×2050 км, а внутренняя — 1940×1440 км; их центры и направления вытянутости хорошо совпадают. Им хорошо соответствуют по форме и области повышенной концентрации железа и тория[1]. Но сильная разрушенность бассейна мешает точно определить его размер, и есть другие оценки размеров, положения центра и даже количества его колец[27][28].

Бассейн Южный полюс — Эйткен покрыт множеством более молодых кратеров, в том числе очень больших (>300 км): Аполлон, Планк, Пуанкаре, Шрёдингер, бассейн Моря Мечты[5].

В пределах бассейна Южный полюс — Эйткен находится самая низкая точка поверхности Луны (−8,81 км относительно среднего уровня, на дне маленького безымянного кратера в кратере Антониади)[29], а на его северо-восточном краю — очень высокая местность (+8,16 км, около кратера Доплер)[5]. Его средняя глубина относительно среднего уровня лунной поверхности равна −2,34 км[5]. Толщина лунной коры в области бассейна, по-видимому, меньше обычной, поскольку при образовавшем его столкновении было выброшено очень много материала. По данным анализа лунной топографии и гравитационного поля, толщина коры в центральной части этого бассейна — около 30 км, тогда как в его окрестностях — 60–80 км, а в среднем для Луны — около 50 км[25][2].

Состав грунта этого бассейна, согласно данным миссий «Галилео», «Клементина» и «Лунный разведчик», отличается от состава поверхности материков. Важно, что образцов сходного состава нет ни среди доставленных миссиями «Аполлон» и станциями «Луна», ни среди метеоритов, идентифицированных как лунные. Данные с орбитальных аппаратов показывают, что на дне этого бассейна повышено содержание железа, титана и тория. В терминах минералогии оно намного богаче пироксенами (клинопироксеном и ортопироксеном), чем окружающие нагорья, где много анортозита[30]. Есть несколько объяснений таких особенностей состава. Согласно одному из них, здесь было обнажено вещество нижней коры (или даже мантии), которая богаче железом, титаном и торием, чем верхняя кора. По другой версии, на дно бассейна когда-то изливалась богатая железом базальтовая лава (как в лунных морях). Возможно, отчасти верны обе версии. Существует предположение, что некоторый вклад в особенности состава поверхности этого бассейна могла внести дифференциация ударного расплава. Решению вопроса о происхождении этих особенностей помогла бы доставка образцов.

Возраст бассейна Южный полюс — Эйткен оценивают в 4,2–4,3 млрд лет[31]. Он образовался вследствие удара огромной силы. Моделирование удара по близкой к вертикальной траектории показывает, что немалое количество вещества должно было быть выброшенным с глубин до 200 километров — из мантии. Однако наблюдения не говорят в пользу мантийного состава для поверхности этого бассейна. Его дно, вероятно, всё же покрыто корой (хотя и уменьшенной толщины). Это указывает на то, что бассейн был сформирован не типичным ударом на большой скорости, а ударом на малой скорости и под малым углом (около 30 градусов или меньше), который благодаря таким параметрам не затронул большие глубины. Признаком этого служит высокое поднятие на северо-восточном краю данного бассейна, которое может быть сложено выбросами от удара такого рода[32].