ПОЧЕМУ ЛУНА ЗВЕНИТ ТАК ДОЛГО

Когда сейсмическая волна пересекает Луну, сигнал не заканчивается вместе с прохождением волны. За ней следует длинный хвост колебаний — кода, — который на Луне может длиться до нескольких часов, примерно в десять раз дольше, чем после землетрясения сопоставимой магнитуды. Для сейсмологов этот звон — помеха: он заглушает слабые отголоски от глубоких слоёв, которые раскрыли бы внутреннее строение Луны.

Обычно это объясняли сильным рассеянием в сплошной, но очень неоднородной коре, где волны то ускоряются, то замедляются от места к месту. Но моделирование, построенное на этой идее, так и не совпало с записями сейсмометров «Аполлонов», даже при нереалистично сильных контрастах.

Трещины, которые никогда не заживают

Лэй Чжан (Lei Zhang), Цзиньхай Чжан (Jinhai Zhang) и их коллеги из Китайской академии наук и Китайского геологического университета пошли другим путём. Лунная кора испещрена разломами: миллиарды лет ударов, сжатие остывающей Луны, приливы и вулканическая активность — всё это раздробило её. На Земле флюиды постепенно залечивают такие трещины. На Луне воды нет, поэтому они остаются открытыми — пустыми зазорами в породе.

Пустая трещина — стена для сейсмической волны: сквозь неё ничего не проходит. Волна полностью отражается. При одной трещине часть волнового фронта отскакивает назад, а остальная идёт дальше без помех. При множестве трещин волновой фронт дробится и оказывается в ловушке: он скачет от трещины к трещине, и его энергия медленно просачивается наружу. По словам авторов, влияние таких разломов на лунные сейсмические волны прежде никогда не рассматривалось.

Повторяя падения «Аполлонов»

Чтобы проверить идею, команда построила двумерный срез лунной коры длиной 1000 километров и глубиной 80 километров, усеянный пустыми трещинами в однородной в остальном породе. Предсказания этой модели сравнили с 13 записями «Аполлонов» искусственных ударов: отработавшие ступени ракет и взлётные ступени лунных модулей намеренно разбивали о Луну, и время и место каждого удара известны точно. Станции находились на расстоянии от 2,2 до 28 градусов дуги.

Сравнивали не отдельные колебания, а общую огибающую каждой записи — постепенный подъём, широкий пик, медленный спад, из-за которых она похожа на веретено.

Всё решает первый километр

Если трещины сосредоточены в верхнем километре, смоделированные огибающие совпадают с двумя характерными записями с корреляцией 0,90 и 0,92. Кора без трещин даёт лишь 0,56 и 0,47.
Двенадцать вариантов показывают, где именно трещины имеют значение. Трещины, уходящие на глубину 12 километров, подходят так же хорошо, как трещины, ограниченные верхним километром. Но если убрать трещины из этого верхнего километра, корреляция падает до 0,4–0,5.
Длина трещин тоже важна: при 0,5–2 километрах корреляция около 0,85, при 4 километрах — лишь около 0,64. Вероятно, длина трещин составляет 2 километра или меньше.
Лишь довольно высокая плотность трещин воспроизводит и форму коды, и скорость её затухания: верхний километр сильно раздроблен.

В эталонной модели 85 трещин длиной по одному километру и шириной 250 метров распределены по верхнему километру среза.

Инструмент на будущее

Радары луноходов зондировали слои на глубину до нескольких сотен метров, обычно менее 500. Сейсмический результат проникает глубже, примерно на километр, и связывает между собой данные радаров, гравитационные карты и измерения доставленных на Землю образцов.

Модель можно также обратить: зная трещины, можно рассчитать их звон и вычесть его из записей, чтобы проступили слабые отражения от глубоких недр Луны. Будущие сейсмометры — на «Чанъэ-7», у южного полюса в рамках программы Artemis и на обратной стороне Луны — смогут это проверить. А проектам, которые надеются обнаружить гравитационные волны, «прислушиваясь» к Луне, возможно, придётся учитывать те же трещины.

Модель пока остаётся упрощением: двумерный срез, однородная порода вокруг трещин. Настоящие трещины трёхмерны, пересекаются и находятся в коре, которая к тому же неоднородна. Но даже эта упрощённая версия звенит как Луна.