8 Minutės
Mėnulio didžiausias smūgio baseinas, Pietų ašigalis–Aitken (SPA), ką tik atskleidė netikėtą detalę apie savo susiformavimo istoriją — ir šis pasukimas gali suteikti astronautams tiesioginį vaizdą į Mėnulio gilumą. Nauja SPA formos ir chemijos analizė rodo, kad senovinis smūgis atėjo iš šiaurės, o ne iš pietų, o pietinis šlaitas, kuriuo domisi Artemis misijos, gali saugoti medžiagas, iškasto iš gilių sluoksnių po pluta.
Naujas žvilgsnis į senovinę žaizdą
Mėnulis yra pasuktas į Žemę tidališkai: jis apsisuka aplink savo ašį per tą patį laiką, per kurį suka ratu aplink mūsų planetą, todėl mes beveik visada matome tą pačią pusę. Toje pusėje, kuri visada atsukta nuo Žemės, išsidėstęs milžiniškas Pietų ašigalis–Aitken baseinas, smūgio žymė, užimanti maždaug 1 930 km šiaurės–pietų kryptimi ir apie 1 600 km rytų–vakarų kryptimi. Susiformavęs prieš maždaug 4,3 milijardo metų dėl masyvaus, šoninio asteroidinio smūgio, SPA yra viena iš seniausių ir didžiausių prieinamų langų į planetinių kūnų vidaus struktūras Saulės sistemoje.
Mėnulio didžiausia smūgio yda, Pietų ašigalis–Aitken baseinas, pavadinta dėl to, kad kerta Aitken kraterį ir pietų ašigalį. (NASA/GSFC/Arizona State University)
Tyrėjai, vadovaujami Jeffrey Andrews‑Hanna iš Arizonos universiteto, peržiūrėjo baseino geometriją ir aptiko subtilią, bet reikšmingą asimetriją: SPA siaurėja link pietų. Visame Saulės sistemoje labai dideli smūgio baseinai dažnai turi ašaros formos geometriją, pasvirusią kryptimi, kuria judėjo smūginis kūnas. Ankstesnės studijos laikė, kad SPA siauras galas nukreiptas į šiaurę, kas būtų rodę į pietų→šiaurės krypties smūgį. Nauja analizė šią interpretaciją apverčia: SPA siauras galas yra pietuose, taigi smūgis, greičiausiai, atėjo iš šiaurės.
Šis naujas vaizdas neišvengiamai praplečia supratimą apie Mėnulio poviršiaus morfologiją ir ankstyvą dinamika. Geometriniai požymiai, panašūs į tuos, kuriuos matome SPA, sutampa su modeliais, gautais tiek laboratorinėse smeigties bandymuose, tiek skaitmeninėse hidrodinaminių smūgių simuliacijose: ilgesnis, suapvalintas galas rodo „downrange" kryptį, o trumpesnis — „uprange". Tokie ženklai padeda rekonstruoti smūgio trajektoriją ir energiją, o kartu leidžia daryti prielaidas apie tai, kokio gylio medžiagos galėjo būti iškeltos į paviršių.
Kodėl smūgio krytis svarbi mėginiams
Smūgio mechanika nelygiai paskirsto iškeltą uolieną. Lyginiame kampiniame, obliškiame susidūrime, „downrange" (siaurajame) baseino gale paprastai nusėda stori išmetamųjų medžiagų sluoksniai — medžiaga išrauta iš didesnių gylio zonų ir vėl užkrauta. Tuo tarpu „uprange" galas dažniau būna mažiau užkastas ir gali atidengti gilesnes kilmės uolienas šlaituose bei kraštuose.
Messier (kairėje) ir Messier A (dešinėje) krateriai Mėnulyje, Mare Fecunditatis, užfiksuoti Apollo 11 ekspedicijos metu. Tai puikus pavyzdys kraterių, susiformavusių dėl žemo kampo smūgių (NASA).
Ši geometrija turi tiesioginių pasekmių Artemis programai: jeigu smūgis atėjo iš šiaurės, pietinis SPA kraštas yra uprange zona. Tai reiškia, kad pietinis kraštas yra ypatingai patrauklus mėginių ėmimui — astronautai čia galėtų surinkti medžiagas, kurios kilusios iš gilių Mėnulio sluoksnių, beveik kaip natūralus gręžinys, leidžiantis apeiti reikalingumą giluminiam gręžimui su sudėtingais įrenginiais.
Praktiniai mėginių ėmimo planai turi atsižvelgti į reljefą, uolienų įvairovę ir logistiką: kur nusileis zondas ar žmonių posėdžių stotis, kaip saugiai surinkti, konservuoti ir pargabenti mėginius į žemę. Be to, reikia kombinuoti vizualinę geologinę apžiūrą su nuotolinio tyrimo duomenimis (spektrometrija, gamma spindulių žemėlapiai, gravitacinis laukas), kad būtų nustatyti prioritetiniai taškai su didžiausia tikimybe rasti giluminių medžiagų fragmentus.
KREEP, plutų storis ir asimetriškas Mėnulis
Norint pilnai suprasti reikšmę, reikalingas trumpas kursas apie mėnulio chemiją. Ankstyvuoju savo istorijos laikotarpiu Mėnulis buvo apgaubtas globaliu magmos vandenynu. Vėsinantis šiam vandenynui, mineralai kristalizavosi ir išsiskyrė pagal tankį: sunkesnės fazės nusileido formuoti mantiją, lengvesnės mineralinės atramos plūduriavo ir sudarė plutą. Tačiau kai kurie elementai — kalis (K), retieji žemės elementai (REE) ir fosforas (P) — liko paskutinėse, labiausiai evoliucijai pažengusiose liekamose skystyse. Šį kalio‑retųjų žemės elementų‑fosforo junginį pramonėje ir moksliniuose tekstuose sutrumpintai vadiname KREEP.
KREEP yra radiogeniškas — jis skleidžia radioaktyvumą, kuris generuoja šilumą; jo koncentracija šviesiajame (artimiausiame Žemei) Mėnulio šone laikoma vienu iš veiksnių, paskatinusių intensyvų mare (juodųjų lygumų) vulkanizmą, kuris formavo tamsius laukus matomus iš Žemės. Tolimesnė Mėnulio pusė, priešingai, išsaugojo storesnę plutos struktūrą ir stipriai iškrateruotą reljefą, su daug mažiau plačių vulkaninių lygumų.
Viena ilgai trunkanti mįslė: kodėl KREEP simetriškai susikoncentravo artimojoje pusėje? Nauja SPA analizė palaiko modelį, kuriame tolimoji pluta ankstyvaisiais etapais stojo reikšmingai storesnė. Toks sutankėjimas turėjo „išspaudimo" efektą likutiniam magmos sluoksniui — KREEP turtingoms liekanoms — kurios buvo priverstos kauptis prie plonesnės artimosios pusės. Dėl to tolimojoje pusėje KREEP depozitai liko tik lopais po pluta. SPA smūgis, atrodo, perkirto vieną iš šių ribinių zonų ir atvėrė grįžtamą galimybę ištirti šiuos užkoptus sluoksnius.
Pietų ašigalis–Aitken baseinas Mėnulyje, paremtas JAXA Kaguya duomenimis. Peržiūrėta –45 laipsnių kampu. Juodas žiedas yra senas apytikslis kontūras; elipsiniai violetiniai ir pilki žiedai žymi kraterio vidinius ir išorinius žiedus (Ittiz/Wikimedia Commons/CC BY‑SA 3.0).
Nuotolinio pojūčio (remote sensing) duomenys atskleidžia chemijinę asimetriją per SPA: vakarinis šlaitas rodo pakilusią torio koncentraciją — toris dažnai naudojamas kaip KREEP žymuo — tuo tarpu rytinė pusė tokios anomalijos neturi. Šis kontrastas dera su hipoteze, kad baseinas perkirto perėjimo tarp KREEP turtingų kišenių ir tipiškos tolimojo šono plutos ribą. Jei Artemis komandos surinks ir pargabens mėginius iš pietinio krašto, laboratoriniai tyrimai Žemėje galės tiesiogiai patikrinti, ar baseinas iškėlė KREEP‑turtingas medžiagas, ar net giliau esančią mantijos kilmės uolieną.
Tokie nustatymai — geomorfologiniai ženklai, chemijos žemėlapiai (pvz., torio ir kitų radioaktyviųjų elementų koncentracijos), ir gravitaciniai duomenys — leidžia suformuluoti aiškias hipotezes, kur tikėtis skirtingų kilmių mėginių. Pvz., didesnis torio kiekis rodo KREEP įtaką, o tam tikros izotopinės frakcijos (Pb, Nd, Sr) gali parodyti skirtingus diferenciacijos ir išsiskyrimo laikotarpius Mėnulio evoliucijoje. Tokie analizės rinkiniai suteikia moksliškai patikimus kriterijus mėginių prioritetizavimui Artemis misijoje.
Kodėl Artemis nusileidimo taškai yra geologinė loterija
NASA Artemis architektūra siekia sugrąžinti žmones į Mėnulio paviršių ir pargabenti mėginius į Žemę. Nusileidimas netoli SPA pietinio krašto gali būti ypač vaisingas: astronautai EVAs metu galėtų surinkti įdomiai įvairias litologijas — smūgio lydis (impact melt), lydžio breksijas (melt breccias) ir iš mantijos kilusias uolienas — kurios kartu papasakotų glaudžiai apibrėžtą baseino susiformavimo įvykį ir Mėnulio ankstyvojo diferenciacijos procesą.
Artemis I sėkmingai startavo iš Kennedy kosminio centro 2022 m. lapkričio 16 d. (Bill Ingalls)
Pargabenti mėginiai leistų geochemiams išmatuoti KREEP koncentracijas, radiometrinius izotopinius amžius (izotopų laikrodžiai), ir šoko (shock) istorijas — tai transforma teorinius plutos augimo, magmos vandenyno evoliucijos ir pusrutulio asimetrijos modelius į testuojamą mokslą. Konkrečiai, matavimai, tokie kaip U‑Pb datavimas zirkone ar Sm‑Nd izotopiniai santykiai, galėtų tiksliai datuoti sukūrimo laiką ir atskirti fragmentus, kilusius iš plutos ar iš mantijos. Fizikinė petrologija, kartu su mineraloginiais bandymais (pvz., kalcio‑aliumo žemės mineralų analizė), padėtų rekonstruoti temperatūros ir slėgio sąlygas, kuriomis susiformavo surinkti mėginiai.
Trumpai tariant: mėginiai iš SPA gali pagaliau pateikti atsakymus, kaip Mėnulis vystėsi nuo išsilydžiusios rutulio formos iki šiandienos dviem veidais išsiskiriančio kūno. Tai būtų kertinis indėlis ne tik mėnulio moksle, bet ir platesniame planetų formavimosi kontekste; supratimas apie KREEP pasiskirstymą ir mantijos‑plutos santykį praplėstų mūsų žinias apie diferenciaciją mažesniuose akmeniniuose planetų kūnuose.
Eksperto įžvalga
„Atradimas, kad smūgis greičiausiai priartėjo iš šiaurės, perkonstruoja SPA ne vien kaip senovinę žaizdą, bet ir kaip natūralų grąžtą, atskleidusį gilesnes medžiagas“, — sako dr. Elena Vargas, mėnulio geofiziikė iš Planetary Materials Lab (fiktyvi institucija). „Jei Artemis komandos surinks uolienas iš pietinio šlaito, galime gauti pirmuosius tiesioginius mėginius iš Mėnulio apatinių plutos arba net viršutinės mantijos — medžiagos, kuri nuo baseino susiformavimo daugiau nei prieš keturis milijardus metų yra likusi nepasiekiama.“
Toks atnaujintas baseino geometrijos suvokimas, nuotolinės geocheminės anomalinės žymės ir planuojamos žmogaus misijos — visi kartu daro SPA vienu iš perspektyviausių tikslų planetų moksle. Kaip mėginių pargabenti planai pereina nuo brėžinių prie techninės įrangos ir kaip žmonių įgulos ruošiasi eiti pažvelgti į Mėnulio tolimąją pusę, giliausia Mėnulio depresija greitai gali atskleisti atsakymus, kurie užrakinti akmenyse nuo pat Saulės sistemos formavimosi eros.
Šis tyrimas buvo publikuotas žurnale Nature.
Artemis I sėkmingai startavo iš Kennedy kosminio centro 2022 m. lapkričio 16 d. (Bill Ingalls)
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą