Основываясь на новых данных, полученных при изучении образцов лунного грунта, доставленных миссией «Чанъэ-6», китайские ученые построили уточненную хронологическую модель образования кратерных структур на поверхности Луны. Впервые команда подтвердила, что потоки метеоритных ударов на ближней и дальней сторонах Луны в целом совпадали.
Также их выводы указывают на то, что ударный поток на раннем этапе геологической истории Луны плавно снижался с течением времени, что не согласуется с распространенной гипотезой о поздней интенсивной бомбардировке. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
Для определения возраста геологических образований на поверхности Земли ученые используют методы абсолютной и относительной геохронологии. Первые дают возможность определить возраст горных пород и минералов в абсолютных единицах — годах, миллионах и миллиардах лет. Вторые указывают на последовательность образования горных пород и геологических формаций.
По аналогии с геохронологической шкалой истории Земли, для ее спутника, Луны существует своя, селенохронологическая шкала, построенная на основе относительных и абсолютных датировок различных деталей поверхности Луны. Относительные датировки определяют по взаимному перекрытию деталей рельефа, а абсолютные — по радиоизотопным данным, полученным при анализе образцов, доставленных на Землю с поверхности спутника или изученных посадочными модулями, а также по количеству ударных кратеров, накопившихся на поверхности структур за время их существования (о методе подсчета кратеров см. Crater counting).
В основе методики оценки возраста астрономических объектов по плотности ударных кратеров на его поверхности лежит предположение о том, что кора только что образованного небесного тела не имеет следов столкновений с крупными метеоритами или астероидами в виде ударных кратеров, а чем древнее участок поверхности, тем больше на нем кратеров разного порядка, перекрывающих друг друга. Сторонники этого статистического метода полагают, что, зная частоту образования новых кратеров (коэффициент изменения интенсивности кратерообразования во времени), путем подсчета кратеров разного размера можно определить срок существования соответствующей поверхности.
Использование данной методики для определения абсолютного возраста лунных структур стало возможным после того, как аппаратами миссий «Аполлон» и «Луна» на Землю были доставлены и изучены с помощью радиометрических методов образцы лунного грунта, которые использовали в качестве реперных (калибровочных) для построения кривой интенсивности кратерообразования на поверхности Луны.
Первым ученым, применившим на практике метод подсчета кратеров в качестве индикатора абсолютного возраста, был эстонский астроном и астрофизик Эрнст Эпик. В 1971 году он использовал метод подсчета кратеров для определения возраста лунного Моря Дождей. В последующие годы метод усовершенствовал немецкий планетолог Герхард Нойкум (Gerhard Neukum), который, основываясь на радиоизотопных данных образцов, доставленных американскими и советскими аппаратами, предположил, что за последние 4 млрд лет интенсивность кратерообразования плавно снижалась. Моделью Нойкума сейчас активно пользуются многие ученые, занимающиеся исследованием лунной поверхности.
Параллельно развивалась гипотеза поздней тяжелой бомбардировки (Late Heavy Bombardment, LHB), согласно которой многие кратеры на Луне, а также на Земле, Меркурии, Венере и Марсе, сформировались в период от 4,1 до 3,8 млрд лет назад. Считается, что в это время внутренняя часть Солнечной системы подверглась массированной метеоритной «атаке». По некоторым предположениям, именно с этими метеоритами на Землю была занесена большая часть воды, а возможно, и простых органических соединений, и это событие считается одним из ключевых факторов возникновения жизни на Земле. Одним из подтверждений гипотезы поздней тяжелой бомбардировки служит тот факт, что большинство датировок образцов миссии «Аполлон» сосредоточены вокруг значения 3,9 млрд лет.
Кроме того, существует гипотеза пилообразного изменения ударного потока, занимающая, в какой-то степени, промежуточно положение между моделями Нойкума и поздней тяжелой бомбардировки. Она предполагает изначально невысокую интенсивность кратерообразования, а затем ее всплеск между 4,2 и 4,0 млрд лет назад (A. Morbidelli, et al., 2012. A sawtooth-like timeline for the first billion years of lunar bombardment).
Однако все эти выводы были сделаны только на основе образцов, собранных на видимой стороне Луны и имеющих возраст не старше 4 млрд лет. Более древними образцами на тот момент ученые не располагали, поэтому о том, насколько интенсивной была ударная бомбардировка в период 4,5–4,0 млрд лет назад, они могли только строить предположения. К тому же большинство из ранее доставленных образцов были собраны в пределах одной структуры — Моря Дождей, и не исключена вероятность того, что все они образовались вследствие одного единственного столкновения с гигантским астероидом, а не в результате глобальной бомбардировки. Для того, чтобы полученные на их основе коэффициенты корреляции между плотностью кратеров и абсолютным возрастом можно было считать универсальными, нужны были более древние образцы, а также образцы с обратной стороны спутника.
В 2024 году китайская миссия «Чанъэ-6» впервые в истории доставила на Землю образцы грунта с обратной стороны Луны. Они были собраны в самом большом и, вероятно, самом древнем кратере Луны — бассейне Южный полюс — Эйткен (South Pole–Aitken basin — SPA, рис. 1). Более того, это один из крупнейших и старейших известных ударных бассейнов во всей внутренней части Солнечной системы.
Первые результаты геохимических и геохронологических анализов образцов китайские ученые представили в марте 2025 года (Bin Su, et al., 2025. South Pole–Aitken massive impact 4.25 billion years ago revealed by Chang'e-6 samples). Сейчас авторы — ученые из Института геологии и геофизики Китайской академии наук (КАН), Научно-исследовательского института аэрокосмической информации КАН и других учреждений, обобщили в статье, опубликованной в журнале Science Advances, результаты анализа образцов и данных дистанционного зондирования миссий «Чанъэ». Они позволяют по-новому взглянуть на раннюю историю формирования рельефа поверхности Луны и пересмотреть существовавшую десятилетиями модель хронологии лунных кратеров.
По данным исследователей, в образцах, доставленных «Чанъэ-6», присутствуют как молодые базальтовые лавы возрастом 2,807 млрд лет, так и нориты — магматические породы, представляющие собой раскристаллизованный ударный расплав, образовавшийся во время формирования бассейна SPA. Возраст таких образцов — 4,247 млрд лет. По мнению авторов, он указывает на время крупного ударного события, которое привело к формированию кратера.
Нориты SPA, в отличие от норитов магниевой серии, доставленных с ближней стороны Луны, содержат большое количество анортита, мало редкоземельных элементов в плагиоклазе и богатый магнием пироксен. Обилие железа и никеля с метеоритными соотношениями Ni/Co, обеднение летучими элементами, а также переменные размеры зерен — все эти факторы подтверждают, что нориты кристаллизовались из ударного расплава. Точные Pb–Pb датировки (см. Свинец-свинцовый метод) Zr-содержащих минералов в норитах указывают на два различных ударных события, произошедших 4,25 и 3,87 млрд лет назад.
С учетом новых данных и известных калибровочных точек на ближней стороне Луны исследователи построили общую уточненную кривую хронологии кратерообразования Луны. Затем, используя данные орбитальных наблюдений, авторы рассчитали скорость кратерообразования, а следовательно, и интенсивности ударного потока, и сравнили ее с широко известной моделью Нойкума (рис. 2В).
Авторы впервые документально подтвердили, что характер изменения интенсивности метеоритных потоков на ближней и дальней сторонах Луны в основном совпадают и для всей ее поверхности можно использовать единую хронологическую модель кратерообразования. Этот вывод противоречит более ранним предположениям об усиленной бомбардировке обратной стороны Луны.
Результаты моделирования, выполненного авторами исследования, показывают, что ударный поток метеоритов в ранние периоды истории Луны был очень высоким, затем (в интервале 4,5–~3,0 млрд лет) он экспоненциально снижался, а еще позже (примерно с 2,8 млрд лет и до сегодняшнего времени) оставался стабильным.
В целом эти выводы совпадают с моделью Нойкума, однако есть количественные различия. В модели китайских авторов ударный поток в первые 0,5 млрд лет существования Луны (4,5–4,0 млрд лет) значительно выше, чем в модели Нойкума, а в период с 4,0 до 2,8 млрд лет — несколько ниже.
При этом в новой модели полностью отсутствует всплеск кратерообразования в интервале 4,1–3,8 млрд лет, что абсолютно не согласуется с гипотезой поздней тяжелой бомбардировки, а также с гипотезой пилообразного изменения интенсивности ударного потока (рис. 3). Таким образом, новые данные не подтверждают эти теоретические модели.
Уточненная хронологическая кривая показывает плавное — и быстрое в ранний лунный период — снижение ударного потока, а не резкий скачок примерно 3,9 млрд лет назад. Авторы отмечают, что полученные результаты указывают на несостоятельность гипотезы поздней тяжелой бомбардировки. Скорее всего, ни на Луне, ни во всей внутренней части Солнечной системы не было периода усиления ударной активности около 3,9 млрд лет назад, а в течение всего времени после завершения этапа аккреции планет происходило ее плавное снижение.