Próbki z niewidocznej strony Księżyca ujawniają starożytną aktywność wulkaniczną

Próbki bazaltu pochodzące z niewidocznej z Ziemi strony Księżyca ujawniły aktywność wulkaniczną sprzed 2,8 mld lat oraz 4,2 mld lat. Rezultaty te są pierwszymi naukowymi analizami próbek zebranych przez chińską misję Chang’e 6, która w czerwcu tego roku pozyskała blisko dwa kilogramy księżycowej gleby i skał i dostarczyła je na Ziemię.

Badania przeprowadzone przez naukowców z Chińskiej Akademii Nauk zostały niedawno opublikowane w dwóch oddzielnych artykułach w "Nature" (DOI: 10.1038/s41586-024-08382-0) oraz "Science" (DOI: 10.1126/science.adt1093).

Misja Chang’e 6 wystartowała początkiem maja. Początkiem czerwca wylądowała po niewidocznej stronie Księżyca, w kraterze Apollo w rejonie basenu uderzeniowego Biegun Południowy – Aitken.

Program Chang’e dotyczy misji na Księżyc, a jego nazwa została zaczerpnięta od chińskiej bogini Księżyca. Pierwsze misje programu Chang’e – Chang’e 1 i Chang’e 2 – obejmowały loty orbitalne wokół Srebrnego Globu. Trzecia i czwarta odsłona programu to już lądowania na powierzchni Księżyca, w tym pierwsze w historii lądowanie po jego niewidocznej stronie. Misja Chang’e 5 oraz Chang’e 6, to misje typu "sample return", czyli mające dostarczyć na Ziemię próbki z Księżyca.

Sonda została zbudowana przez naukowców z Chińskiej Narodowej Administracji Kosmicznej (CNSA) – chińskiego odpowiednika NASA. Wyniesiona w przestrzeń kosmiczną została przez rakietę Długi Marsz 5 z kosmodromu na wyspie Hainan w południowych Chinach.

Misja ta była pierwszą misją pobrania próbek z niewidocznej z Ziemi strony Księżyca i dostarczenia ich na Ziemię. Łącznie w pojemnikach wysłanych na planetę znalazło się prawie dwa kilogramy księżycowej materii.

Zgodnie z oczekiwaniami, próbki zebrane z powierzchni Księżyca zawierały mieszankę ziaren z różnych epok geologicznych. Stałe bombardowanie mikrometeorytami i wysokoenergetycznymi cząstkami emitowanymi ze Słońca tworzy drobnoziarnisty pył, który może się swobodnie mieszać.

Mierząc obfitość izotopów w księżycowym regolicie a także jego skład chemiczny, aby ustalić wiek i źródło, naukowcy wykazali, że wiele z tych drobnych ziaren pyłu pochodziło z lawy, która wydostała się na powierzchnię Srebrnego Globu około 2,83 miliarda lat temu. Uczeni znaleźli również drobinki pochodzące z lawy mające nawet 4,2 miliarda lat. Badania te pokazują, że Księżyc był aktywny wulkanicznie przez miliardy lat.

Poprzednie badania wykazały aktywność wulkaniczną na widocznej stronie Księżyca, która miała miejsce co najmniej 2 miliardy lat temu. Analizy materii księżycowej dostarczonej na Ziemię w ramach misji Chang’e 5 pokazały, że wulkany mogły wybuchać na widocznej stronie Srebrnego Globu jeszcze 120 milionów lat temu. Badania i datowanie próbek z niewidocznej z Ziemi strony Księżyca pokazało, że i ta strona była aktywna wulkanicznie.

Widoczna i niewidoczna strona Księżyca różnią się znacząco pod względem takich cech, jak rozmieszczenie bazaltów, topografii czy grubości skorupy, co od dawna stanowi zagadkę dla badaczy.

Chińscy naukowcy w analizowanych próbkach odkryli, że lawa, z której powstał bazalt, a następnie regolit, pochodziła z części płaszcza Księżyca, która była uboga w potas, pierwiastki ziem rzadkich i fosfor. Pierwiastki te są szeroko rozpowszechnione w skałach bazaltowych na widocznej stronie naszego naturalnego satelity. Naukowcy sugerują, że ta nierównowaga może wynikać z kolizji, która wytworzyła basen uderzeniowy Biegun Południowy – Aitken. To największa ze znanych struktur uderzeniowych w całym Układzie Słonecznym i najstarsza na Księżycu.

Według scenariusza zaproponowanego przez chińskich uczonych, uderzenie było na tyle silne, że odbiło na całym Księżycu i spowodowało redystrybucję skał zawierających te pierwiastki. Mogło też stopić płaszcz bezpośrednio w miejscu uderzenia, eliminując je.

Ta nierównowaga pierwiastków może wyjaśniać również inną dziwną różnicę między dwiema stronami Księżyca. Gigantyczne strumienie lawy bazaltowej pokrywają 30 proc. strony widocznej, ale tylko 2 proc. strony niewidocznej. Niektóre z brakujących pierwiastków po stronie niewidocznej, takie jak potas i uran, są radioaktywne i wydzielają ciepło podczas rozpadu. Ich brak w płaszczu pod niewidoczną stroną Księżyca może wyjaśniać brak stopionych bazaltów.