8 Minutės
Jau dešimtmečius helio užsandarintame saugykloje palaidotas mažas Apollo 17 mėginys atskleidė netikėtą užuominą apie ankstyvąją Saulės sistemos istoriją. Smulkūs troilito grūdai — geležies ir sieros mineralas — demonstruoja sieros izotopų modelį, kuris nesutampa su jokiais anksčiau analizuotais mėnuliniais pavyzdžiais. Ši anomalija gali rodyti pradinės Mėnulio atmosferos fotocheminę cheminių reakcijų įtaką arba netgi išsaugotą materialią dalį iš planetarinio kūno, prisidėjusio prie Mėnulio susidarymo.
Paslėptas reliktas iš Apollo 17
Apollo misijų į Žemės palydovą pabaigoje XX a. ir pradžioje, astronautai į Žemę pargabeno 382 kilogramus (842 svarus) mėnulio uolienų ir dirvožemio. Dalis mėginių buvo tyčia laikomi idealiosiomis sąlygomis — hermetiškai užsandarinti ir rezervuoti tolimesniems tyrimams, kai laboratorinės analizės metodai taps pažangesni. Vienas iš tokių saugotų mėginių, kataloguotas kaip drive tube 73001/2 iš Apollo 17 misijos, neseniai tapo išsamaus izotopinės analizės objektu.
Planetologas Jamesas Dottinas ir kolegos iš Brown universiteto pritaikė aukštos raiškos masių spektrometriją, kad ištirtų sieros izotopus troilito fragmentuose iš minėtos tūtelės. Troilitas (FeS) dažnai randamas meteoruose ir mėnulio uolienose; sieros izotopai troilite išsaugo „cheminį pirštų atspaudą“, fiksuojantį aplinką, kurioje mineralas susiformavo. Tyrėjai taikė dėmesį į grūdus, kurie morfologiškai atrodė ugnikalninės kilmės, tikėdamiesi patvirtinti tipišką mėnulio mantijos sieros izotopų parašą.
Apollo 17 mėnulinio modulio pilotas Harrisonas Schmittas mėginių rinkimo kaupu ant Mėnulio paviršiaus.
Netikėti izotopų parašai
Izotopai yra to paties elemento atomai, turintys skirtingą neutronų skaičių; jų santykinis dažnis gali veikti kaip cheminis brūkšninis kodas, atskleidžiantis formavimo kelius ir aplinkas. Analizuodami minėtą troilito pavyzdį, mokslininkai aptiko dalyse grūdų šiek tiek padidėjusius sieros-33 kiekius — modelį suderinamą su ugnikalninio išsiskyrimo procesais Mėnulyje. Tačiau kituose grūduose pasirodė priešingas reiškinys: ryškus sieros-33 deficitų modelis, kurio anksčiau mėnulinėse medžiagose niekas nematė.
Iki šio atradimo manyta, kad mėnulio mantijos sieros izotopinė sudėtis beveik atkartoja Žemės reikšmes. Dottino komanda nustatė reikšmes, kurios stipriai skiriasi nuo žemietiškų normų, o tai rodo procesą, neatitinkantį įprastos planetarinės vulkaninės veiklos. Tokia sieros-33 praradimo tendencija labiau atitinka fotocheminį frakcionavimą: sieros junginių sąveika su ultravioletine (UV) saulės šviesa plonos atmosferos sąlygomis gali sukirti izotopų santykius taip, kaip matome šiame paraše.
Šis rezultatas atkreipia dėmesį į subtilius cheminius procesus, kurių anksčiau nebuvo galima patikrinti, nes daug Apollo pavyzdžių buvo saugomi ir laukė pažangesnių instrumentų. Tuo pat metu reikšmėms interpretuoti būtina atsižvelgti į laboratorines procedūras, izoliacijos lygius ir galimas kontaminacijos rizikas — todėl tyrime akcentuotas daugkartinis patikrinimas ir griežta kokybės kontrolė.
Du senoviniai scenarijai — abu reikšmingi
Yra du pagrindiniai būdai aiškinti rastą fotocheminį signalą, ir abu jie liudija šių grūdų didelę amžių prasmę. Pirmasis paaiškinimas teigia, kad sieros junginiai galėjo susiformuoti ir būti modifikuoti pačiame Mėnulyje ankstyvojoje epochoje, kai globalus magma vandenynas dengė mėnulio paviršių. Kai toks magma vandenynas atvėso ir išsiskyrė lakiosios medžiagos, sierą turintys garai galėjo patekti į trumpalaikę pirmapradę atmosferą ir ten būti apdoroti saulės UV spinduliuote. Vėliau kondensavęsi grūdai, vėliau uždengti lavos sluoksniais ar paviršiaus susidariusių nuosėdų, galėjo išsaugoti tą unikalų ankstyvojo Mėnulio cheminį parašą.
Antras, labiau provokuojantis aiškinimas susijęs su Theia hipoteze — Marsą primenančiu smūginiu kūnu, kuris, kaip ilgai spėta, susidūrė su Žeme ir paskatino Mėnulio susiformavimą. Dauguma modeliavimo darbų rodo, kad proto-mėnulio medžiaga intensyviai sumaišėsi su Žemės mantija, sukurdama plačią geocheminę homogenizaciją. Tačiau jei dalis Theia medžiagos išliko ir vėliau įleista į Mėnulį, tokie fragmentai būtų potencialiai pažymėti izotopinėmis savybėmis skirtomis nuo žemietiškų. Aptikta anomalinė sieros signatūra galėtų būti tiesiog toks reliktas — tiesioginis įrodymas, kad Mėnulyje išliko kitokios kilmės materialių fragmentų.
Abu scenarijai turi plačias pasekmes: pirmasis atveria klausimus apie lakiosios medžiagos mainus tarp paviršiaus ir mantijos bei apie trumpalaikes primordines atmosferas be nuolatinio barometrinio slėgio; antrasis suteiktų unikalų chemijos langą į ankstyvąją planetų dinamiką ir smūginių įvykių cheminių liekanų išsaugojimą. Abu taip pat reiškia, kad Mėnulio cheminė sudėtis galėjo būti heterogeniška, o ne visiškai gerai sumaišyta per susidarymą — faktas, kuris verčia peržiūrėti daug supaprastintų formavimosi modelių.
Planetologas Jamesas Dottinas, naudodamas antrinio ionų masių spektrometrą, analizuoja Apollo 17 mėnuliui gautus mėginius.
Kodėl tai svarbu Mėnulio susidarymo modeliams
Bet kuris paaiškinimas turi reikšmingas pasekmes modeliavimo ir interpretacijos srityje. Jei siera buvo fotochemiškai pakeista Mėnulyje, tai reikštų, kad buvo mechanizmai, leisiantys lakiosioms medžiagoms cirkuliuoti ir keistis tarp paviršiaus ir gilesnių sluoksnių. Tokie mechanizmai galėtų imituoti kai kurias Žemės plokščių kaitos recirkuliavimo savybes, tačiau veikti labai kitaip, nes Mėnulis neturi nuolatinės tankios atmosferos ar vandens ciklo. Jei siera žymėtų paveldėtą Theia medžiagą, tai būtų retas tiesioginis cheminis įrodymas, kad į Mėnulį įsiliejo iš kitokios kilmės protoplanetarinio kūno fragmentai.
Abi galimybės taip pat meta iššūkį paprastiems modeliams, kuriuose Mėnulis susidarė iš gerai išmaišyto smūginio debris debeso. Heterogeniškas sieros izotopų pasiskirstymas labiau atitiktų lokalizuotas saugyklas ar nevisišką mišinio homogenizaciją per Mėnulio formavimąsi. Tai keičia, pavyzdžiui, prognozes apie vidinę Mėnulio cheminę evoliuciją, volatilių medžiagų kiekį ir galimus šaltinius, iš kurių buvo atgauta medžiaga.
Be to, tokių izotopinių anomalijų identifikavimas gali suteikti palyginimo tašką su meteoritais ir kitais saulės sistemos kūnais, leidžiant atsekti panašias chemines signatures ir galimus bendrus cheminių procesų modelius ankstyvajame Saulės sistemos evoliucijos etape.
Technikos ir tolimesni žingsniai
Tyrimas remiasi šiuolaikinėmis masių spektrometrijos technikomis, kurios žymiai pranoksta instrumentus, buvusius prieinamus Apollo laikotarpiu. Tai tiksliai paaiškina, kodėl dalis mėginių buvo atidėta: kad juos analizuotų ateities, tikslesni ir jautresni metodai. Net ir su šiandieniniais įrankiais rezultatas šiuo metu remiasi vienu hermetiškai uždarytu mėginiu, todėl patikrinimui reikalingi papildomi matavimai ir, pageidautina, dar keli nepriekaištingai saugoti mėginiai, kuriuos grąžins būsimų misijų misijos.
Autoriai siūlo kelis tolimesnius tyrimus: tikslinius izotopinius tyrimus kituose rezervuotuose Apollo mėginiuose; palyginamuosius troilito analizes meteorituose ir mėnulio išmetuose medžiagose; ir ilgalaikėje perspektyvoje — naujus mėginių grąžinimo reisus į zonas, kurios gali išsaugoti senovines mėnulio mantijos medžiagas. Laboratorinės eksperimentinės programos, simuliuojančios fotocheminį apdorojimą plonos atmosferos sąlygomis, taip pat bus būtinos, kad patikrintume garavimo ir pakartotinės kondensacijos hipotezę.
Konkrečiai, papildomi bandymai galėtų apimti:
- detalius sieros izotopų tyrimus naudojant įvairius metodus (pvz., MC-ICP-MS, TIMS, NanoSIMS) siekiant patikrinti masinio ir masės nepriklausomo frakcionavimo signalus;
- komparatyvią analizę tarp troilito iš skirtingų Apollo misijų ir troilitų meteoritų, kad būtų įvertintas izotopų diapazonas ir geocheminės variacijos;
- laboratorines fotochemines simuliacijas, kurios atkurtų UV spinduliuotę, spaudimą ir temperatūrą ankstyvojo Mėnulio aplinkoje;
- griozdiškus bandymus atskirti laboratorinę ar terestrinę kontaminaciją nuo autentiškų izotopinių signalų, įskaitant tarp laboratorijų palyginimus ir metodų krospatikras.
Tyrėjai pabrėžia, kad platesnis duomenų rinkinys ir tarpdisciplininis požiūris — derinant geocheminius, planetologinius ir modeliavimo tyrimus — padarys interpretacijas patikimesnes ir leidžia labiau apibrėžti galimus scenarijus.
Eksperto įžvalga
„Tokie atradimai primena, kad net maži, hermetiškai saugomi mėginiai gali paneigti ilgai laikytas prielaidas,“ teigia Dr. Elena Morales, hipotetinė planetų geochemikė dideliame mokslo institute. „Izotopų modeliai nurodo chemiją, kurios nesitikėjome Mėnulyje. Nesvarbu, ar tai Theia pėdsakas, ar laikinos mėnulinės atmosferos signalas — mes turime tiesioginį langą į įvykius prieš 4,5 milijardo metų.“ Dr. Morales priduria, kad koordinuotas izotopinis darbas keliuose nepriklausomuose centruose bus būtinas, kad būtų atmesta kontaminacijos galimybė ar laboratorinės kilmės artefaktai.
Pridėtina, kad profesionalių tyrėjų tinklas, dalijimasis duomenimis ir atviros metodologijos skaidrumas sutrumpintų laiką, reikalingą patikrinimui ir interpretuojant tokius retus signalus. Visuomenės ir akademinė bendruomenė taip pat turi išlaikyti susidomėjimą ir finansavimą, reikalingą tokio pobūdžio tarpdisciplininiams projektams.
Ką toliau reiškia mėnulio mokslui?
Naujas straipsnis — išspausdintas žurnale JGR Planets — yra raginimas iš naujo peržiūrėti saugomas mėnulinės kilmės medžiagas ir akcentuoja vertę ilgalaikiam mėginių išsaugojimui ateities instrumentacijai. Išspręsti klausimą, ar keista siera susiformavo Mėnulyje ar buvo atnešta iš dabar pradingusio planetarinio brolio, užtruks: reikės daugiau mėginių, papildomų tyrimų ir tarpdisciplininių eksperimentų. Vis dėlto atradimas jau yra kelio pėdsakas, vedantis atgal į chaotišką, aukštos energijos epochą, kai formavosi akmeninės planetos.
Galiausiai, šis darbų rinkinys pabrėžia strateginę mėginių politikos svarbą: išsaugoti pavyzdžius vėlesniems kartoms, kurie turės geresnes priemones, kad galėtų užduoti ir atsakyti į naujus klausimus apie Saulės sistemos praeitį, įskaitant milijardų metų senumo procesų atseikėjimą izotopiniuose parašuose.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą