Próbki księżycowych skał pobrane przez chińską sondę Chang'e-5 mają około dwóch miliardów lat. Są o około miliard lat młodsze od materiałów dostarczonych na Ziemię przez misje Apollo oraz Łuna. To oznacza, że Księżyc pozostawał aktywny wulkanicznie znacznie dłużej, niż sugerowałby jego rozmiar - donoszą naukowcy.
Trwająca nieco ponad trzy tygodnie misja Chang'e-5 była najbardziej skomplikowaną w historii chińskiego programu księżycowego. W ramach misji na naszym naturalnym satelicie Chiny umieściły dwie części bezzałogowej sondy – lądownik i pojazd powrotny. Na orbicie pozostała kapsuła powrotna i sam orbiter. Lądownik wwiercił się w księżycowy grunt na głębokość około dwóch metrów, skąd pobrał próbki materii. Materiał został pobrany także z powierzchni Księżyca.
Następnie pojazd powrotny odleciał z Księżyca, traktując lądownik jako platformę startową i połączył się orbiterem, który przewiózł próbki zamknięte w kapsule na Ziemię. Pojazd powrotny, zanim uruchomił silniki, skorzystał z mechanizmu sprężynowego. Podczas startu z Księżyca lądownik został uszkodzony, ale chińscy inżynierowie i naukowcy spodziewali się takiego obrotu sprawy. Lądownik zrealizował swoje cele i odegrał ważną rolę w złożonej misji.
Oprócz zebrania około dwóch kilogramów próbek, lądownik przeprowadził eksperymenty z radarem penetracyjnym, by dowiedzieć się więcej o warstwach geologicznych znajdujących się pod miejscem lądowania. Spektrometr przeanalizował skład powierzchniowego regolitu, podczas gdy kamera panoramiczna zapewniła wspaniałe, szczegółowe widoki Księżyca.
Skały i pył zebrane przez chińską misję są pierwszymi próbkami z Księżyca dostarczonymi na Ziemię od lat 70. XX wieku. Materiał został pobrany w pobliżu formacji wulkanicznej Mons Rümker, położonej na północnym krańcu Oceanus Procellarum (z łac. Ocean Burz). Mons Rümker to formacja wulkaniczna o średnicy około 70 kilometrów wznosząca się na ponad kilometr wysokości. Uczeni uważają, że jeszcze około 1,3 miliarda lat temu wulkan ten mógł być aktywny. Z kolei Ocean Burz to duża, pokryta zastygłym bazaltem równina, widoczna z Ziemi jako ciemna struktura na zachodnim skraju widocznej strony Księżyca. Wcześniej ten region naszego naturalnego satelity nie był odwiedzany.
Analizy pokazały, że próbki mają około dwóch miliardów lat. Do ustalenia wieku skał uczeni posłużyli się techniką datowania izotopowego, która opiera się na szybkości przebiegu rozpadu promieniotwórczego. W porównaniu do materiału zebranego przez astronautów z NASA w misjach Apollo oraz przez radzieckie misje Łuna, są o co najmniej miliard lat młodsze i wskazują na znacznie dłuższą aktywność wulkaniczną na Księżycu, niż dotąd sądzono.
Odkrycia te wypełniają istotną lukę w geologii Księżyca i mogą pomóc naukowcom lepiej zrozumieć historię innych ciał Układu Słonecznego. Wyniki analiz ukazały się na łamach pisma „Science” (DOI: 10.1126/science.abl7957).
- Wszystkie skały wulkaniczne zebrane przez misje Apollo miały ponad trzy miliardy lat. A wszystkie młode kratery uderzeniowe, których wiek określono na podstawie analizy próbek, mają mniej niż miliard lat. Tak więc próbki z misji Chang'e-5 wypełniają krytyczną lukę – mówi Brad Jolliff z Washington University w St. Luis.
Luka, do której odwołuje się Jolliff, jest ważna nie tylko dla badań Księżyca, ale także innych planet skalistych w Układzie Słonecznym. Księżyc ma około 4,5 miliarda lat, niemal tyle samo co Ziemia. Ale w przeciwieństwie do Ziemi, na Księżycu nie ma procesów, które z czasem doprowadziłyby do wymazania śladów po uderzeniach meteorytów, czyli kraterów uderzeniowych. Naukowcy wykorzystali właśnie kratery na Księżycu, aby opracować metody szacowania wieku różnych regionów na jego powierzchni.
- Planetolodzy wiedzą, że im więcej kraterów na powierzchni, tym jest ona starsza. Jednak by móc w miarę dokładnie ustalić wiek powierzchni, trzeba mieć próbki. Próbki z misji Apollo pozwoliły nam ustalić wiek szeregu powierzchni i skorelować to z gęstościami kraterów. Ta chronologia została rozszerzona na inne planety – na przykład na Merkurego i Marsa i według niej powierzchnie kraterów o określonej gęstości mają określony wiek. W tym badaniu uzyskaliśmy bardzo dokładny wiek około dwóch miliardów lat, plus minus 50 milionów lat. To fenomenalny wynik. Jeśli chodzi o czas planetarny, to bardzo precyzyjne określenie. I to wystarczy, by rozróżnić niektóre sformułowania chronologii – wyjaśnia Jolliff.
Bazując na próbkach dostarczonych przez programy Apollo i Łuna, naukowcy mieli już dowody na erupcje wulkaniczne na Księżycu. Większość z nich miała miejsce między 3,8 a 3 miliardami lat temu. Ale żadna misja nie wylądowała na obszarze tak młodym jak Oceanus Procellarum.
Naukowcy uważają, że procesy wulkaniczne na Ziemi zachodzą podobnie i na Księżycu. Podczas erupcji magma jest wypychana na powierzchnię pozostawiając na po sobie „morze” roztopionych skał bazaltowych. Uważa się, że na obszarze Oceanus Procellarum prawie 2000 kilometrów sześciennych bazaltowej magmy zostało wyrzucone na powierzchnię, co, jak na księżycowe standardy jest wielką erupcją.
Odkrycia dostarczają ważnych danych dotyczących historii nie tylko Księżyca, ale także całego Układu Słonecznego. Znając dokładny wiek Oceanus Procellarum i dopasowując go do liczby jego kraterów, które kumulują się w czasie w miarę pojawiania się uderzeń, naukowcy mogą wywnioskować, że lokalizacje na innych światach, takich jak Mars, z podobną liczbą kraterów są w podobnym wieku. Proces ten do tej pory opierał się prawie wyłącznie na datowaniu próbek księżycowych zebranych przez misje Apollo, pozostawiając ogromną lukę na osi czasu między jednym a trzema miliardami lat temu.
W tej chwili nie jest jednak jasne, co spowodowało wulkanizm na Księżycu, gdy powstał obszar Oceanus Procellarum. W tym czasie Księżyc zaczął się ochładzać, a ilość generowanej magmy szybko spadała. Jedną z możliwości jest to, że pozostałości radioaktywnego uranu, toru i potasu we wnętrzu Księżyca zapewniały ciepło niezbędne do wystąpienia późnego wulkanizmu. Ale próbki zebrane przez misję Chang’e-5 nie wykazują obfitości radioaktywnych pierwiastków. - To naprawdę zagadka — mówi Katherine Joy z Uniwersytetu w Manchesterze w Wielkiej Brytanii, współautorka publikacji.
Ale są też inne potencjalne wyjaśnienia. Być może oddziaływanie grawitacyjne Ziemi zapewniło Księżycowi niezbędne ciepło. - Dwa miliardy lat temu Księżyc był znacznie bliżej Ziemi, być może nawet o połowę bliżej niż teraz. Więc ten efekt prawdopodobnie został znacznie wzmocniony – mówi Alexander Nemchin z Curtin University w Perth w Australii, współautor badania. Nie jest jednak jasne, dlaczego spowodowałoby to lokalne ogrzewanie w regionach takich jak Oceanus Procellarum, a nie na szerszej powierzchni Księżyca.
Źródło: Science, Washington University in St. Louis, fot. Chinese National Space Agency’s (CNSA) Lunar Exploration and Space Engineering Center