Радиус Луны уменьшился примерно на 45 м за последние 400–800 млн лет. Такую оценку получили ученые, изучившие сеть из более чем 10 тыс. молодых разломов на ее поверхности. Сжатие связано с постепенным охлаждением недр и может сопровождаться лунотрясениями, что важно учитывать при выборе площадок для долговременных баз. С какой скоростью меняются размеры Луны, почему медленный процесс вызывает резкие подвижки и какие районы требуют особого внимания — в материале «Известий».

Новую работу возглавил планетарный геолог Национального музея авиации и космонавтики Смитсоновского института Томас Уоттерс. Орбитальная станция изучает Луну с 2009 года. За это время накоплен обширный архив снимков, позволяющий рассматривать небольшие детали рельефа и прослеживать распределение тектонических структур по поверхности.

По новой оценке, за последние 400–800 млн лет радиус спутника Земли сократился приблизительно на 45 м. Если разделить это изменение на продолжительность периода, получится около 0,06–0,11 микрометра в год, или примерно 6–11 см за 1 млн лет.

Это расчетный пересчет опубликованных величин. Он показывает средний темп за огромный геологический промежуток, а не результат непосредственного измерения того, насколько радиус изменился за один конкретный год.

Разница важна: средняя скорость не означает, что Луна сжималась совершенно равномерно и сейчас теряет строго одинаковую величину ежегодно. Исследование оценивает длительное изменение по его геологическим следам.

По сравнению с размерами самого небесного тела изменение невелико. Радиус Луны составляет около 1740 км, поэтому речь идет о небольшой доле процента. Но для состояния ее твердой оболочки значение имеет не только итоговая величина уменьшения, но и возникающие при этом напряжения.

В основе процесса лежит постепенная потеря внутреннего тепла. Остывая, Луна сокращается в объеме, а ее внешняя твердая оболочка испытывает сжатие. При этом кора не может беспрепятственно и равномерно приспособиться к уменьшению размеров. Горные породы деформируются и разрушаются, формируя разломы.

Один из характерных результатов — надвиги. При такой подвижке один блок коры перемещается по наклонной поверхности разлома вверх и может надвигаться на соседний. На поверхности остается уступ, напоминающий ступень.

В материалах NASA подобные структуры описываются как сравнительно небольшие обрывы высотой в десятки метров, которые могут тянуться на несколько километров. Их значение определяется не только заметностью в рельефе: они сохраняют свидетельства деформации лунной коры.

«Число этих молодых разломов, обнаруженных на изображениях LROC, намного больше, чем я когда-либо представлял. Поскольку недра Луны продолжают охлаждаться и сжиматься, предполагается, что рост существующих разломов и образование новых продолжаются и сегодня», — отметил Уоттерс.

Таким образом, поверхность Луны хранит историю продолжающейся внутренней эволюции. Внешне спокойный пейзаж может включать структуры, связанные с накоплением и высвобождением напряжений.

Авторы новой работы насчитали более 10 тыс. молодых разломов, распределенных по поверхности Луны. Их широкое распространение помогает оценивать сжатие как процесс планетарного масштаба.

Слово «молодые» здесь используется в геологическом смысле. Оно не означает, что все эти структуры образовались за последние годы или за время работы орбитального аппарата. Миллионы лет для истории небесного тела могут относиться к сравнительно недавнему периоду.

Не следует также отождествлять количество найденных разломов с количеством зарегистрированных лунотрясений. Снимок показывает структуру поверхности, тогда как сейсмическая запись фиксирует конкретное событие и его колебания.

Один разлом может переживать повторные подвижки. В другом случае по изображению сложно определить, когда произошло последнее смещение. Поэтому карта разломов необходима для оценки тектоники, но сама по себе не дает расписания будущих толчков.

Новизна работы заключается в расширении представлений о масштабе разломной сети и уточнении оценки сокращения размеров Луны. Сам процесс ее сжатия и возможная связь с лунотрясениями изучались и раньше.

Небольшая среднегодовая скорость не означает столь же плавного движения в каждой точке поверхности. Напряжение в породах может накапливаться длительное время, а затем высвобождаться при сравнительно быстром смещении по разлому.

Именно такое различие между медленным накоплением деформации и резкой подвижкой позволяет понять связь с лунотрясениями. Для сооружения на поверхности имеет значение само сейсмическое событие, а не только усредненное уменьшение радиуса за 1 млн лет.

На Земле значительная часть тектонических землетрясений связана с границами движущихся литосферных плит. Луна устроена иначе: ее внешняя жесткая оболочка не разделена на систему подвижных плит земного типа. Напряжения от глобального сжатия могут реализовываться в разломах, широко распределенных по поверхности.

Однако из этого не следует, что сильное лунотрясение одинаково вероятно в любой точке и в любой момент. Для оценки конкретной площадки необходимы сведения о близлежащих разломах, их активности, строении пород и возможном распространении колебаний.

Дополнительное влияние оказывает притяжение Земли. Оно создает приливные напряжения внутри Луны, которые могут способствовать подвижкам там, где породы уже находятся в напряженном состоянии.

Южнополярный регион представляет интерес для освоения Луны из-за сочетания ресурсов и условий освещения. В постоянно затененных областях может сохраняться водяной лед, а отдельные возвышенности получают продолжительное солнечное освещение, полезное для энергоснабжения.

Но привлекательность района для экспедиции не гарантирует геологической устойчивости. В исследовании, представленном NASA в 2024 году, ученые рассматривали молодые надвиговые разломы и возможные последствия лунотрясений в южнополярной области.

Они также моделировали устойчивость склонов и обнаружили участки, где даже сравнительно слабое сейсмическое воздействие может вызвать оползание реголита — рыхлого поверхностного материала. Это модельная оценка, а не сообщение о наблюдавшемся разрушении базы или посадочной площадки.

Для проектирования инфраструктуры различие между непосредственным толчком и вторичными последствиями существенно. Опасность может быть связана не только с нагрузкой на конструкцию, но и с перемещением грунта на склоне рядом с нею.

Поэтому выбор площадки должен учитывать соседние уступы, стенки кратеров и участки, где возможны обвалы. Доступность льда и солнечной энергии необходимо сопоставлять с геологическими условиями.

Новая оценка не определяет, где и когда произойдет следующее сильное событие. Ее практическое значение состоит в том, что тектоническую активность необходимо учитывать при долговременном освоении поверхности.

Для короткой экспедиции и базы, рассчитанной на многолетнюю работу, важны разные временные горизонты. Чем дольше должна функционировать инфраструктура, тем существеннее оценка редких событий и их возможных последствий.

Из этого следует инженерная задача: сопоставить выбранные места строительства с разломами, проверить устойчивость грунта и определить, какие колебания должны выдерживать сооружения и оборудование. Это направление применения результатов, а не готовые нормативы, установленные новой статьей.

Для более точных расчетов необходимы продолжительные сейсмические измерения. Орбитальные снимки дают пространственную картину, а приборы на поверхности помогают установить частоту событий и особенности распространения волн. Эти источники дополняют друг друга.

Главный практический вопрос теперь связан с переходом от глобальной карты к оценке конкретных площадок. Уменьшение радиуса на доли микрометра в год само по себе почти незаметно, но подвижки, сопровождающие этот процесс, имеют значение для устойчивости будущей лунной инфраструктуры.