Podle nové studie se Měsíc doslova obrátil naruby

Foto: Adrien Broquet/University of Arizona/Fotografie s volným použitím pouze k tomuto článku

Většina známých faktů o původu Měsíce pochází z analýz vzorků hornin shromážděných astronauty Apolla, získaných před více než 50 lety. Vzorky čedičových lávových hornin vykazovaly překvapivě vysoké koncentrace titanu. Pozdější satelitní pozorování zjistily, že tyto vulkanické horniny bohaté na titan se primárně nacházejí na přilehlé straně Měsíce, ale jak a proč se tam dostaly, zůstalo záhadou…, teda až dosud.

Stejně jako je tomu u Země, se předpokládá, že i Měsíc má jádro, plášť a kůru, ale s tím rozdílem, že měsíční plášť už dávno ztuhnul. Geologie Měsíce je jednodušší než pozemská, ale je mnohem obtížnější ji studovat, když k němu nemáme přístup, a tak nám stále zůstávají k zodpovězení zásadní otázky ohledně procesu, kterým se formovaly měsíční horniny.

Ukazuje se, že asi před 4,5 miliardami let malá planeta narazila na mladou Zemi a roztavenou horninu vymrštila zpátky do vesmíru. Trosky skály se spojily, ochladily, ztuhly a vytvořily Měsíc, jak ho známe dnes. Na tomto scénáři o vzniku Měsíce se kupodivu shodla velká část vědců. Ale podrobnosti o tom, jak přesně se to stalo, jsou podle výzkumníků z Lunární a planetární laboratoře z univerzity v Arizoně, kteří publikovali článek v Nature Geoscience, „spíše teorií pro dobrodružný román“.

Nové zjištění nabízí důležité poznatky o vývoji měsíčního nitra a potenciálně pro planety, jako je Země nebo Mars.

Protože se Měsíc formoval rychle a ve chvíli, když byl horký, byl pravděpodobně pokryt globálním magmatickým oceánem. Jak roztavená hornina postupně chladla a tuhla, vytvořila měsíční plášť a jasnou kůru, kterou vidíme, když se v noci podíváme na měsíc v úplňku. Ale hlouběji pod povrchem byl mladý měsíc divoce mimo rovnováhu. Modely naznačují, že poslední zbytky magmatického oceánu vykrystalizovaly do hustých minerálů včetně ilmenitu, minerálu obsahujícího titan a železo.

„Protože tyto těžké minerály jsou hustší než plášť pod nimi, vytváří to gravitační nestabilitu a dalo by se očekávat, že se tato vrstva ponoří hlouběji do nitra Měsíce,“ řekl Weigang Liang, který vedl výzkum v rámci své doktorandské práce na LPL. Během tisíciletí, která následovala, se tento hustý materiál nějakým způsobem pozvolna ponořil do nitra, smíchal se s pláštěm, roztavil se a vrátil se zpátky na povrch jako lávové proudy bohaté na titan, které dnes vidíme na povrchu.

Foto: ADRIEN BROQUET/UNIVERSITY OF ARIZONA & AUDREY LASBORDES/Volný zdroj k této studii

SCHEMATICKÉ ZNÁZORNĚNÍ S MAPOU GRAVITAČNÍHO GRADIENTU (MODRÝ ŠESTIÚHELNÍKOVÝ VZOR) BLÍZKÉ STRANY MĚSÍCE A PRŮŘEZEM ZNÁZORŇUJÍCÍM DVĚ KUMULATIVNÍ SESTUPY S ILMENITEM Z PŘEVRÁCENÍ MĚSÍČNÍHO PLÁŠTĚ.

„Náš měsíc se doslova obrátil naruby,“ řekl spoluautor studie, docent LPL, Jeff Andrews-Hanna. „Ale existuje jen málo fyzických důkazů, které by objasnily přesný sled událostí během této kritické fáze lunární historie, a navíc existuje mnoho neshod v detailech toho, co se stalo, a to doslova.“

• Ponořil se tento materiál při svém formování po troškách, nebo najednou po úplném ztuhnutí Měsíce?
• Potopilo se globálně do nitra a pak se zvedlo na blízké straně, nebo migrovalo na blízkou stranu a pak se potopilo?
• Potopila se do jedné velké kapky nebo do několika menších?   

„Bez důkazů si můžete vybrat svůj vlastní oblíbený model. Každý model má hluboké důsledky pro geologický vývoj našeho Měsíce,“ řekl spoluautor Adrien Broquet z German Aerospace Center v Berlíně, který pracoval během svého postdoktorantského studia jako výzkumný pracovník ve společnosti LPL.

V předchozí studii publikované v Narure, kterou vedl Nan Zhang z Pekingské univerzity, který je také spoluautorem nejnovějšího článku, modely předpovídaly, že hustá vrstva materiálu bohatého na titan pod kůrou nejprve migrovala na přilehlou stranu Měsíce, proces byl pravděpodobně spuštěn obřím nárazem na odvrácené straně, a poté se ponořila do nitra v síti listovitých desek, kaskádovitě padajících do měsíčního nitra téměř jako vodopády. Ale když se tento materiál potopil, zanechal za sebou malý zbytek v geometrickém vzoru protínajících se lineárních těles z hustého materiálu bohatého na titan pod kůrou.

„Když jsme viděli ty modelové předpovědi, bylo to, jako by se rozsvítila žárovka,“ řekl Andrews-Hanna, „protože přesně stejný vzorec vidíme, když se podíváme na jemné variace v gravitačním poli měsíce, odhalující síť hustého materiálu číhajícího pod v kůře pod námi.“

V nové studii autoři porovnávali simulace potápějící se vrstvy bohaté na ilmenit se sadou lineárních gravitačních anomálií detekovaných misí NASA GRAIL, jejíž dvě kosmické lodě obíhaly kolem Měsíce v letech 2011 až 2012 a měřily drobné odchylky v jeho gravitační síle. Tyto lineární anomálie obklopují rozsáhlou temnou oblast blízké strany Měsíce pokrytou sopečnými toky známými jako klisna (latinsky „moře“).

Autoři zjistili, že gravitační znaky naměřené misí GRAIL jsou v souladu se simulacemi vrstvy ilmenitu a že gravitační pole lze použít k zmapování distribuce zbytků ilmenitu, které zůstaly po potopení většiny husté vrstvy.

„Naše analýzy ukazují, že modely a data vyprávějí jeden pozoruhodně konzistentní příběh,“ řekl Liang. „Ilmenitové materiály migrovaly na přilehlou stranu a zapadaly do nitra v kaskádách podobných listům, zanechávajíce za sebou stopu, která způsobuje anomálie v gravitačním poli měsíce, jak je vidí GRAIL.“

Pozorování týmu také omezují načasování této události: Lineární gravitační anomálie jsou přerušeny největšími a nejstaršími dopadovými pánvemi na blízké straně, a proto se musely vytvořit dříve. Na základě těchto průřezových vztahů autoři předpokládají, že vrstva bohatá na ilmenit se potopila před 4,22 miliardami let, což je v souladu s tím, že přispívá k pozdějšímu vulkanismu pozorovanému na měsíčním povrchu.

„Analýza těchto změn v gravitačním poli Měsíce nám umožnila nahlédnout pod povrch Měsíce a vidět, co leží pod ním,“ řekl Broquet, který spolupracoval s Liangem, aby ukázal, že anomálie v gravitačním poli Měsíce odpovídají tomu, co by se dalo očekávat pro zóny hustého materiálu bohatého na titan předpovídaný počítačovými modely simulujícími převrácení Měsíce.

Prohnutý měsíc

Detekce měsíčních gravitačních anomálií poskytuje důkazy pro potopení husté vrstvy v měsíčním nitru a umožňuje přesnější odhad, jak a kdy k této události došlo.

„Měsíc je v podstatě ve všech ohledech nakloněný,“ řekl Andrews-Hanna a vysvětlil, že blízká strana obrácená k Zemi, a zejména temná oblast známá jako oblast Oceanus Procellarum, je níže v nadmořské výšce, má tenčí kůru a je z velké části pokryta proudící lávou a má vysoké koncentrace typicky vzácných prvků, jako je titan a thorium. Odvrácená strana se v každém z těchto ohledů liší. Nějak se předpokládá, že převrácení měsíčního pláště souvisí s jedinečnou strukturou a historií blízkého regionu Procellarum. Ale detaily tohoto převrácení byly předmětem značné debaty mezi vědci.

„Naše práce spojuje body mezi geofyzikálními důkazy o vnitřní struktuře Měsíce a počítačovými modely jeho vývoje,“ dodal Liang.

„Poprvé máme fyzické důkazy, které nám ukazují, co se dělo v nitru Měsíce během této kritické fáze jeho vývoje, a to je opravdu vzrušující,“ řekl Andrews-Hanna. „Ukazuje se, že nejstarší historie Měsíce je zapsána pod povrchem a k odhalení tohoto příběhu bylo zapotřebí jen správné kombinace modelů a dat.“

„Zbytky rané měsíční evoluce jsou dnes přítomny pod kůrou, což je fascinující,“ řekl Broquet. „Budoucí mise, například seismickou sítí, by umožnily lepší zkoumání geometrie těchto struktur.“ Liang k tomu dodal: „Až astronauti Artemis nakonec přistanou na Měsíci, aby zahájili novou éru lidského průzkumu, budeme mít velmi odlišné chápání našeho Měsíce, než jsme měli tehdy, když na něj poprvé vstoupili astronauti Apolla.“

---

Tisková zpráva je publikována v časopise Eureka Alert s volným přístupem.