Nová studie ukazuje, že Měsíc je bohatší na kovy, než se dříve myslelo. To má dalekosáhlé důsledky pro naše chápání formování Měsíce. Pokud jsou jejich výsledky solidní, znamená to, že možná budeme muset přehodnotit hypotéza obřího dopadu pro vznik Měsíce.
Tým vědců používající přístroj Lunar Reconaissance Orbiter (LRO) Miniature Radio Frequency (Mini-RF) zkoumal dno měsíčních kráterů v rámci hledání vodního ledu. Poloha a dostupnost vody na Měsíci je velkou součástí našich plánů mít tam lidskou přítomnost. Nejen, že by mohl být zdrojem pitné vody, je to také zdroj vodíku a kyslíku, oba kriticky užitečné prvky.
Vědci zkoumali to, čemu říkají „regolitové jemné částice“ na dně kráterů, což v podstatě znamená velmi jemný prach. Získali různé údaje o obsahu kovu v jemných částech v závislosti na hloubce kráteru. Jemné částice Regolith v hlubších kráterech vykazovaly větší množství kovu než mělčí krátery.
To byla hádanka. Protože pokud je tam více kovu, než jsme si mysleli, pak musíme přehodnotit, jak vznikl Měsíc.
Nová studie se jmenuje „ Hromadné složení jemných částic regolitu na dně lunárních kráterů: Počáteční průzkum LRO/Mini-RF .“ Hlavním autorem je Essam Heggy, spoluřešitel experimentů Mini-RF z University of Southern California. Článek je publikován v časopise Science Direct.
'Mise LRO a její radarový přístroj nás stále překvapují novými poznatky o původu a složitosti našeho nejbližšího souseda,' řekl Wes Patterson, hlavní výzkumník Mini-RF z Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) v Laurel, Maryland, a spoluautorem studie.
Tento stínovaný reliéfní snímek ukazuje měsíční Shackletonův kráter, 21 km široký kráter, který je trvale zastíněn poblíž měsíčního jižního pólu. Vnitřní struktura kráteru je zobrazena ve falešných barvách na základě dat ze sondy NASA LRO. Vědci mají podezření, že ve stínu kráteru je ukryto mnoho vodního ledu. Kredit: NASA
V tomto případě vědci pracovali na lepším způsobu, jak detekovat vodní led, který je skrytý před Sluncem ve stínovaných dnách kráterů. Při použití radaru k jeho detekci existují určité nejistoty v signálech, které přijímají. V jistém smyslu se snažili eliminovat tuto nejistotu lepším pochopením signálů, které získávají z regolitu v pozadí.
Zjistili, že existují odchylky v dielektrických signálech na základě velikosti kráteru, hloubky a zeměpisné šířky. Ve své studii píší „Zjistili jsme, že nejpravděpodobnějším vysvětlením pozorované variability jemných částic regolitu na dně kráterů jsou mineralogické rozdíly, které naznačují nárůst množství kovu v původním vytěženém substrátu s hloubkou, tj. v nejvyšším kilometru měsíční kůra.'
Geologická mapa Měsíce zobrazující různé formace a ložiska nerostů. Poděkování: NASA/GSFC/USGS
Převeďte toto prohlášení do jednoduché angličtiny a říká, že v měsíčních kráterech je více kovu, než se očekávalo, a čím větší a hlubší tyto krátery jsou, tím více kovu našli. Tento vzor však platí pouze do určité hloubky kráteru. Po určité velikosti se množství kovu zploští. Mezi kovy v tomto případě patří železo a titan a výsledky naznačují, že v horní kůře Měsíce je mnohem více kovu, než by mělo být, pokud je naše hypotéza obřího dopadu správná.
Hypotéza obřího dopadu říká, že mladá Země byla zasažena starověkou protoplanetou o velikosti Marsu, pojmenovanou Theia. Stalo se to asi před 4,5 miliardami let a dopad vymrštil do vesmíru obrovské množství roztavené horniny. Tento materiál obíhal kolem Země a spojil se s Měsícem. Hypotéza je dobře podpořena důkazy, včetně poměrů stabilních izotopů na Zemi i na Měsíci.
Umělcova představa o srážce mezi proto-Zemí a Theiou, k níž došlo před 4,5 miliardami let. Kredit: NASA
Tam jsou nějací díry v hypotéze , ačkoli. Na měsíčních vysočinách, jako a tisková zpráva poukazuje na to, že „horniny obsahují menší množství minerálů nesoucích kov ve srovnání se Zemí“. Nyní, pokud by se v době dopadu s Theiou Země diferencovala na své jádro, plášť a kůru, pak by byl Měsíc chudý na kov jako na vysočině.
Ale problém je v tom, že celý Měsíc není chudý na kov. V měsíční marii, velkých plochých pláních vytvořených sopečnými erupcemi, je kov hojnější než mnoho hornin na Zemi a hojnější než ve vysočinách. Co dává?
Kolem celé problematiky víří spousta otázek. Jaké bylo složení Theie? Jak se těkavé látky jako voda uvěznily v měsíčních čedičích? A poměry izotopů titanu na Zemi i na Měsíci jsou téměř totožné, což naznačuje, že žádný z Theiina materiálu se nedostal na Měsíc.
Zde vstupuje do příběhu tento výzkum a tým používající LRO's Mini-RF.
Ilustrace Lunar Reconnaissance Orbiter. Obrazový kredit: NASA
Zatímco zpřísňovali hledání vody, měřili dielektrickou konstantu jemného materiálu v kráterech. The dielektrická konstanta je v podstatě měření schopnosti materiálu přenášet elektrické pole ve vztahu k vakuu vesmíru. Vyšší dielektrická konstanta znamená více kovu, konkrétně železa a titanu.
Tehdy si všimli záhadného vzoru. Jak se krátery zvětšovaly, konstanta stoupala. Ale nebylo to lineární. V kráterech o šířce 2 až 5 km (1 až 3 míle) se konstanta zvětšovala s velikostí kráteru. Ale pro krátery, které byly 5 až 20 km široké (3 až 12 mil), zůstala dielektrická konstanta stabilní.
'Byl to překvapivý vztah, o kterém jsme neměli důvod věřit, že by existoval,' řekl hlavní autor Heggy v a tisková zpráva .
'Tento vzrušující výsledek Mini-RF ukazuje, že i po 11 letech provozu na Měsíci stále děláme nové objevy o dávné historii našeho nejbližšího souseda.'
Noah Petro, projektový vědec LRO
Co tento vzor znamená?
Tým výzkumníků usoudil, že dopad, který vytvořil větší krátery, vyhloubil pod povrchem více materiálu bohatého na kov. To znamená, že pouze horních několik set metrů Měsíce je chudých na kovy, zatímco hlubší materiály jsou na kovy bohatší. Ale tento vzorec přetrvává jen do určité hloubky.
Ve své práci šli dále. Porovnali své Mini-RF snímky dna kráterů s mapami oxidů kovů, jednou z vlastní širokoúhlé kamery LRO a dalšími z japonské Kaguya mise a NASA Lunar Prospector kosmická loď. Tato data potvrdila jejich zjištění: větší krátery byly bohatší na oxid železitý a oxid titaničitý a tento materiál musel být vykopán hlouběji na Měsíci.
„Tento vzrušující výsledek z Mini-RF ukazuje, že i po 11 letech provozu na Měsíci stále děláme nové objevy o dávné historii našeho nejbližšího souseda,“ řekl Noah Petro, vědec projektu LRO z Goddard Space Flight Center NASA. v Greenbelt, Maryland. 'Data MINI-RF jsou neuvěřitelně cenná pro to, aby nám řekla o vlastnostech měsíčního povrchu, ale používáme tato data k odvození toho, co se dělo před více než 4,5 miliardami let!'
Tento překvapivý pohled na Měsíc jde souběžně s dalšími nedávnými objevy a poznatky. Mise GRAIL NASA mapovala gravitaci Měsíce a objevil anomálii v jižním pólu Aitken Basin. Je tam pohřben obrovský kus hustého materiálu, což je další důkaz, že struktura Měsíce není jednotná a že hustší materiály se mohou šířit po celém podpovrchu. Pak je tu Moon's KREEP terrane , ložisko prvků, které se radioaktivně rozpadají a povzbudilo tuto část Měsíce, aby zůstala vulkanickou ještě dlouho poté, co zbytek Měsíce vychladl.
Distribuce thoria na měsíčním povrchu z mise Lunar Prospector. Thorium je vysoce korelováno s jinými radioaktivními prvky (produkující teplo), přičemž většina z nich je přítomna na straně přivrácené k Zemi (blízká strana). Vztah mezi touto oblastí a mnoha pozorovanými rysy lunární historie je klíčovou otázkou lunárních věd. Image Credit: Laneuville, M. et al (2013) Journal of Geophysical Research: Planets.
To vše přispívá k záhadě Měsíce a ukazuje, že jak naše znalosti věcí rostou, přibývají další otázky.
'Opravdu to vyvolává otázku, co to znamená pro naše předchozí hypotézy o formaci,' řekl Heggy.
Tento nový výzkum znamená, že budeme muset znovu promyslet hypotézu obřího dopadu, i když samotná studie nám nedává odpověď na otázku původu Měsíce.
Polární oblasti Měsíce jsou více zastíněné než rovníkové oblasti. Odkrytý vodní led (zelené nebo modré tečky) v lunárních polárních oblastech a teplotě. Kredit: Shuai Li
V této studii se vědci zabývali pouze krátery na severní polokouli Měsíce. Ale výsledky vzbudily jejich zvědavost. Už se začali dívat na krátery na jižní polokouli, aby zjistili, zda je v této oblasti patrný stejný trend.
Pokud ano – a i když není – výsledek může být stejný: je čas znovu prozkoumat původ a historii Měsíce.
