8 Minutės
Analizė iš Kinijos Chang’e 6 misijos parvežtų uolienų atskleidžia, kad Mėnulio tolimoji pusė giliai po paviršiumi yra reikšmingai vėsesnė nei arčiausiai Žemės esanti hemisfera. Tai pirmasis laboratorinis įrodymas, kad terminis disbalansas Mėnulio viduje nėra tik paviršinis reiškinys — jis siekia giliau į mantiją ir turi platesnių pasekmių, susijusių su mėnulio vulkanizmu, plutos formavimu ir geoterminiu modeliavimu.
Vienu sakiniu: ką parodė Chang’e 6 uolienos?
Uolienų ir dirvos mėginiai iš didelio krateryje esančio landing spot’o yra bazaltinio pobūdžio; mineralinė chemija ir izotopų datavimas rodo, kad tolimosios pusės lava kietėjo maždaug 1 100 °C temperatūroje — maždaug 70–100 °C vėsesnėje negu panašūs artiškosios pusės bazaltai.
Chang’e 6 misija: pirmasis laboratorinis žvilgsnis į tolimąją pusę
Chang’e 6 nusileido Mėnulio tolimojoje pusėje ir parvežė apie 300 gramų uolienų bei regolito, kurie BlackBox ar tam tikros laboratorijos paskirstyti detaliesiems tyrimams. Beijing Research Institute of Uranium Geology gavo dalį šių mėginių. Tai pirmieji mėginiai iš tolimosios pusės, prieinami tradicinėms laboratorijoms — ankstesni duomenys buvo grindžiami tik orbitinėmis matavimais arba nuotoliniais spektriniais tyrimais.
Tyrėjų komanda, vadovaujama University College London (UCL) ir Pekino universitetų mokslininkų, panaudojo klasikinę petrologiją kartu su modernia mikroanalize. Pirmasis autorius Sheng He ir jo kolegos atliko elektroninę zondą (EPMA) mineralų pamatinei cheminių elementų analizę ir SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry) izotopinius matavimus, kad gautų urano-vado (U–Pb) amžių. Duomenų apdorojimo metodus pritaikė profesorius Pieter Vermeesch (UCL), ir bendra amžiaus vertė siejama maždaug 2,8 milijardo metų.
Kuo šie mėginiai skiriasi nuo Apollo ir Luna kolekcijų?
Apollo ir Luna misijos daugiausia grąžino artiškosios pusės mėginius, kuriuose dažnai matomas KREEP komponentas — medžiaga, turinti daug kalio (K), retųjų žemių elementų (REE) ir fosforo (P). KREEP kaupiasi radiogeninių izotopų, tokių kaip uranas ir toris, todėl intensyvina vietinį radiogeninį įšilimą ir skatina mantijos tirpimą bei vulkanizmą. Chang’e 6 mėginys, gautas tolimosios pusės plote, dominavo bazaltiniai grūdai, bet KREEP signalas buvo žymiai silpnesnis nei tipiškuose artiškosios pusės bazaltuose.
Kas leido nustatyti uolienų formavimosi temperatūras?
Tyrėjai pasitelkė kelis nepriklausomus metodus, kad atkurtų tiek paviršiuje užkietėjusių mineralų kristalizacijos temperatūras, tiek ankstesnes tėvinio tirpalo (parent melt) sąlygas:
Mineralų chemometrija ir geotermometrija
Matavus kartu egzistuojančių mineralų kompozicijas ir lyginant su termodinaminiais modeliais bei laboratoriniais geotermometrais, galima apskaičiuoti, kokiomis temperatūromis vyko kristalizacija. Šiuo atveju mineralinė chemija nurodė apie 1 100 °C vertei, kurią verta suvokti kaip tiesioginį kristalizacijos termometrą.
Tėvinio uolienos rekonstrukcija ir lydinio modeliavimas
Norint suprasti ankstyvesnius uolienos istorijos etapus, mokslininkai atkūrė tėvinio magma cheminę sudėtį — tą tirpalą, iš kurio susidarė matytas bazaltas — ir pritaikė mantijos lydimosi modelius. Šie modeliai parodė, kokioje temperatūroje mantija privalėjo išsilydyti, kad susidarytų toks magma. Apskaičiavimai vėl parodė maždaug 70–100 °C mažesnes temperatūras negu analogiški arčiau Žemės esantys mėginiai.
Palydoviniai terminių ir cheminių proxy matavimai
Kadangi mėginių kiekis vis dar ribotas, tyrėjai palygino palydovinius sudėties žemėlapius Chang’e 6 nusileidimo vietoje su artimosios pusės vulkaninėmis teritorijomis. Nuotolinės stebėsenos signalai — mineraloginės ir elementinės anomolijos — atitiko laboratorinius rezultatus ir leido nepriklausomai įvertinti maždaug 70 °C skirtumą tėvinės mantijos temperatūroje.
Kas galėjo sukelti šį termiškai asimetrišką Mėnulį?
Keletas hipotezių aiškina, kodėl artiškoji pusė gali būti karštesnė ir vulkanistiškai aktyvesnė nei tolimoji:
- Masinis, senovinis smūgis tolimojoje pusėje galėjo perkrauti didelį kiekį HPE (heat-producing elements) link artiškosios pusės ankstyvosios Mėnulio skystos fazės metu.
- Mėnulis galėjo susidurti arba susijungti su mažesniu satelitu arba „antruoju mėnuliu“ — toks įvykis galėtų palikti hemisferinius cheminių ir terminių savybių kontrastus.
- Žemės triukšmas — tidaliniai ir gravitaciniai poveikiai per ilgą evoliucinį laikotarpį — galėjo sutelkti šilumos gamybą ar paveikti mantijos konvekciją labiau artiškoje pusėje.
Kiekviena iš šių teorijų turi skirtingas prognozes apie Mėnulio kilmę, mantijos struktūrą ir plutos formavimosi procesus. Nauji Chang’e 6 duomenys įveda konkretų apribojimą: sėkminga teorija turi paaiškinti ~70–100 °C temperatūros skirtumą tėvinėje mantijoje tuo laiku, kai formavosi mėginys.
Kodėl tai svarbu geologams ir misijų planuotojams?
Temperatūrinis kontrastas paaiškina, kodėl artiškoje pusėje gausu maria — didelių tamsių bazaltinių lygumų, o tolimoji pusė išlieka kalnuota, su storesne pluta ir mažiau basaltinių plotų. Vėsesnė mantija tolimojoje pusėje tiesiog mažiau linkusi tirpti ir išsiveržti į paviršių, todėl vulkaninis aktyvumas ten mažesnis.
Tai turi kelias praktines pasekmes:
- Modeliai, aiškinantys ilgalaikį Mėnulio atvėsimą ir magnetinio lauko istoriją, turi įtraukti hemisferinę asimetriją.
- Resursų paieška (pvz., retųjų žemių elementai ar KREEP susitelkimai) bus nukreipta į aiškiai apibrėžtas artiškosios pusės zonas.
- Misijų planavimas — tiek robotinių, tiek žmonių misijų — naudos šią informaciją renkantis pavyzdžių parvežimo vietas, siekiant trimačio Mėnulio vidinės struktūros žemėlapio.
Ar ši temperatūros asimetrija išliko iki šiol?
Tiesiogiai patikrinti dabartinę giluminę temperatūrą sunku, bet jei radiogeninių šilumą generuojančių elementų koncentracija artiškoje pusėje ilgą laiką buvo didesnė, tai natūraliai palaikytų teoriją, kad artiškoji pusė išliko šiltesnė. Jei KREEP rezervo talpa ir pakaitos procesai buvo ilgalaikiai, tai galėjo leisti vėlyvesnį ir ilgiau išliekančią vulkanizmą artiškoje pusėje — tai atitinka Maria susidarymo geologinį vaizdą, kai tam tikri regionai buvo aktyvūs milijardus metų.
Metodai ir technologijos, kurie leido tai išmatuoti
Tyrimas apjungė tradicines ir aukštos technologijos priemones, kurios kartu leidžia iš gramų uolienos išgauti išsamią istoriją:
- Elektroninė zondo (EPMA) analizė suteikė tikslius pagrindinių elementų žemėlapius mineraluose ir stikle, leidžiančius atsekti kristalizacijos etapų seką.
- Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS) atliko smulkius vado izotopų matavimus, kurių pagrindu nustatomas urano–vado (U–Pb) amžius su dideliu tikslumu.
- Termodinaminiai modeliai ir empirinės mineralų–lydinių pusiausvyros (mineral–melt equilibria) formulės pavertė cheminius matavimus į temperatūras ir slėgius.
Šios priemonės tapo standartinėmis planetų geosferos laboratorijos įranga, tačiau svarbu pabrėžti, kad tik derinant kelis nepriklausomus metodus gaunamas patikimiausias vaizdas: mineralų geochemija, izotopinis datavimas ir palydoviniai žemėlapiai kartu užtikrina stipresnį argumentą nei bet kuris atskiras metodas.
Ekspertų komentarai: ką tai reiškia mokslui?
„Tiesioginiai mėginiai pakeičia žaidimo taisykles,“ – sako dr. Aisha Rahman iš University of Arizona Lunar and Planetary Laboratory. „Nuotoliniai stebėjimai rodo bendrus modelius, bet tik parvežtos uolienos leidžia tiksliai atkurti temperatūras, amžių ir lydinio istorijas. Chang’e 6 rezultatai leis patikslinti Mėnulio terminės evoliucijos modelius ir parodys, kur siųsti kitus mėginius.“
Dr. Rahman priduria: „Jeigu tolimoji pusė iš tiesų yra sistemingai vėsesnė giliai, tai turi įtakos Mėnulio atvėsimui, mare vulkanizmo laikotarpių trukmei ir net būsimos išteklių paieškos strategijoms.“
Ką dar norėtume sužinoti — ir kas toliau?
Chang’e 6 duomenys atveria tiek naujų klausimų, tiek galimybių. Keletas kryptinių tyrimų, kurie būtų naudingi:
- Daugiau parvežtų mėginių iš skirtingų tolimosios pusės regionų, kad būtų galima patikrinti, ar temperatūrinė tendencija yra universalus bruožas ar vietinis reiškinys.
- Gilesnis KREEP ir kitų HPE matavimas — ne tik ar paviršiuje, bet ir per beribius gręžinius ar gilesnius mėginių srautus.
- Integruoti palydovinius duomenis su 3D geofiziniais modeliais, kad būtų rekonstruota mantijos konvekcija ir radiogeninio šilumos paskirstymas per geologinį laiką.
Tai reiškia naują misijų architektūrą: nebe tik vienos ar kelių vietų mėginių parvežimas, bet planavimas pagal geologiškai reprezentatyvias sritis, siekiant nukreipti instrumentus ir grąžinti mėginius, kurie tikrai išspręs hipotetines kilmės versijas.
Unikalūs įžvalgai: ką naujo sužinojome?
Šis tyrimas nėra vien apie temperatūros skaičius. Jis suteikia platesnį požiūrį:
- Patvirtintas ilgalaikis hemisferinis skirtumas, o ne tik lokalūs anomalijų pliūpsniai.
- Reikia peržiūrėti Mėnulio terminius modelius, kurie iki šiol dažnai laikėsi labiau simetriškų prielaidų.
- Naujas empirinės duomenų rinkinys leidžia testuoti sudėtingesnes kilmės hipotezes, įskaitant antrą mėnulį ar didžiulius smūgius ankstyvoje fazėje.
Įsivaizduokite: jeigu tolimoji pusė išliko vėsesnė milijardus metų, tai reiškia, kad istorija, užfiksuota uolienose, yra kita — mažiau gavusi vėlesnių vulkaninių perpūtimų, labiau autentinė seniausios Mėnulio istorijos erdvė. Tokios vietos yra itin vertingos tiems, kurie nori „skaityti“ seniausias planetos istorijos puslapius.
Tolimesni analizės darbai su Chang’e 6 mėginiais, taip pat būsimų misijų planavimas, taps lemiamu žingsniu aiškesniam, trimatės Mėnulio vidaus struktūros supratimui. Parvežtos uolienos — net keli gramai ar šimtai gramų — turi disproporcingą mokslinę vertę: kiekviena grama suteikia galimybę rekonstruoti milijardus metų trukusią geologinę istoriją.
Galutinis vertinimas? Chang’e 6 rezultatų rinkinys yra rimtas priminimas: mūsų artimiausias kosminis kaimynas nėra homogeniškas. Jo istorija yra sudėtinga, o jos iššifravimui reikės tiek tradicinės petrologijos, tiek naujų misijų, strateginių mėginių parvežimų ir tarptautinio bendradarbiavimo.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą