Körülbelül 4,2 milliárd évvel ezelőtt történt, hogy „kifordult” a Hold felszíne, ezzel létrehozva rajta azokat az alakzatokat, amelyeket ma is megfigyelhetünk.

A legtöbb tudós egyetért abban, hogy a Hold kb. 4,5 milliárd éve keletkezett, amikor Naprendszerünknek egy Mars méretű égitestje, a Theia néven ismert hipotetikus objektum a Földnek nekiütközve kitépett belőle egy darabot, és abból az anyagból később összeállít égi kísérőnk. Az azonban, hogy a Hold története hogyan folytatódott ezután, némelyek szerint leginkább egy elágazásos történettel írható le a legmegfelelőbben: a ma ismert Hold kialakulásáig sokféle forgatókönyv lejátszódhatott, s nehéz közülük kiválasztani azt, amelyik megfelel a valóságnak. Egy kutatócsoport azonban megpróbálkozott a Hold történetében bekövetkezett nagy hatású események beazonosításával, és érdekes következtetésekre jutott. Többek között az Apollo-küldetés során gyűjtött kőzetminták vizsgálatával a csoport tagjai kimutatták, hogy volt egy időszak, amikor a Hold felszíne „kifordult”. Ha ez az eredmény helyesnek bizonyul, megoldódik a Hold összetételének régóta fennálló rejtélye is.

„A Holdnak valószínűleg a szó szoros értelmében kifordult a felszíne.” – mondta a kutatásban részt vevő Jeff Andrews-Hanna  – „Az azonban mindmáig erőteljesen vitatott, hogy a Hold történetének ezen kritikus időszakában pontosan milyen események láncolata játszódhatott le.”

Balra: a Hold felszínének részletes képe. Jobbra: a Hold felszínének és belsejének sematikus ábrája. (Forrás: NASA/Adrien Broquet/University of Arizona & Audrey Lasbordes.)

Titán a Hold világos oldalán?

A Holdról hozott kőzetmintában meglepően nagy mennyiségű titánt találtak a kutatók a bazaltos lávában, s ezzel párhuzamosan az égi kísérőnkről készített űrszondás felvételek szintén kimutatták, hogy Holdunk külső rétegeiben titánban gazdag vulkáni kőzetek találhatóak. Ezek a mérési eredmények a következő kérdéseket vetették fel: hogy kerültek oda ilyen típusú kőzetek, és miért nem terjedtek el jobban a Hold felszínén?

A jelen kutatást elvégző kutatócsoport tagjai úgy gondolják, hogy a Hold kialakulása egy gyors folyamat volt, s kezdetben az egész égitestet magmaóceán borította. Ahogy ez az óceán később kihűlt és megszilárdult, kialakultak a Hold külső rétegei, például a köpenye és a kérge. Ekkor a Hold belső régiói az elméletek szerint még zavarosak lehettek.

A Hold összetételét vizsgáló modellek szerint a Hold magmaóceánjának utolsó maradványai sűrű anyagokká, például ilmenitté kristályosodtak ki, ami egy vasban és titánban gazdag ásvány.

„Mivel ezek a nehéz ásványok sűrűbbek, mint az alattuk lévő köpeny, valószínűleg keletkezésük után lesüllyedtek a Hold felszíne alá egy mélyebb rétegbe.” – emelte ki a kutatást vezető Weigang Liang.

Balra: a Hold felszíne, ahogyan mi látjuk. Középen: a gravitációs anomália térképe a Hold felszínén. Jobbra: a Hold anyagának térképe. A kék foltok a mélyebbre süllyedt, nehéz elemek helyzetét mutatják.(Forrás: Adrien Broquet/University of Arizona)

A kérdés tehát a következő: hogyan bukott a felszín alá ez a sűrű anyag a Hold felszínének megszilárdulása után? Egy nagy buborék vagy sok kis buborék formájában? Illetve ha globális skálákon nézve ez az ásvány leginkább a felszín alatt fordul elő, hogyan került mégis a felszínre a Hold bizonyos régióiban?

„Ha nincs bizonyíték, az ember kiválaszthatja a neki legjobban tetsző modellt.” – nyilatkozta a kutatócsoport egyik tagja, Adrien Broquet. – „Minden ilyen modell részletesen megjósolja a Hold geológiai fejlődésének történetét.”

A kutatásban szintén részt vevő Nan Zhang is kifejlesztett egy ilyen modellt, amely szerint egy nagy becsapódási esemény előhozhatta a Hold felszíne alól az egyébként mélyebb rétegekben lévő, titánban gazdag kőzeteket. Később ezek a kőzetek lemezekbe rendeződve újra süllyedni kezdtek a Hold mélye felé, s titánban gazdag üledéket hagytak maguk után.

„Amikor láttuk ennek a modellnek a jóslatait, fejünkben fény gyúlt.” – mondta Andrews-Hanna. – „A Hold gravitációs terének szövevényes mintázatát ismerve ugyanis szintén arra a következtetésre jutottunk, hogy a felszín alatt egy nagyobb sűrűségű kőzetanyag rejlik. Ez tökéletes összhangban van a fent említett modellel.”

A Hold-modellek szent grálja

Hogy elméletüket mérési bizonyítékokkal is megerősítsék, a csoport tagjai összegyűjtötték a holdi gravitációs anomáliák kimérésére szakosodott űrmisszió, a GRAIL (Gravity Recovery and Interior Laboratory) adatait.

„Ezeknek az apró gravitációs ingadozásoknak a vizsgálata bepillantást enged a Hold felszíne alá.” – nyilatkozott Broque. – „Látszik, hogy a GRAIL adatai összhangban vannak azzal a feltételezéssel, miszerint a Hold felszíne alatt ilmenit ásvány található.”

A GRAIL küldetés illusztrációja, amint két, a Hold körül keringő műhold mintavételezi a Hold gravitációs terét. (Forrás: NASA/JPL.)

Ez a felfedezés azt is megmutatja, hogy a holdi gravitáció vizsgálatával feltárhatjuk az ilmenitmaradványok helyzetét a Hold felszínén, amelyek még nem süllyedtek le mélyebb rétegekbe. A titánban gazdag, sűrű kőzetanyag áramlása tehát mérhető gravitációs anomáliákat okozott, amelyeket a GRAIL küldetés is kimutatott.

A kutatócsoport azt is meghatározta, hogy mikor következett be az az esemény, amikor az ilmenitréteg a Hold belső rétegeiből a felszínre került. A nagy becsapódási kráterek vizsgálatából arra a következtetésre jutottak, hogy az ilmenitben gazdag rétegek még ezek kialakulása előtt, tehát több mint 4,2 milliárd éve süllyedtek le a felszín alá. Az ilmenitréteg lesüllyedése vulkanizmus kialakulásához vezethetett, és ez összhangban van azzal az elmélettel, miszerint a Hold történetének későbbi korszakaiban jellemző volt a vulkanizmus.

Az eredmények azt is kimutatták, hogy a Hold köpenyének kifordulása egy sötét régió, az Oceanus Procellarum kialakulásához vezetett. Ez a lávával borított régió amellett, hogy mélyebben helyezkedik el környezeténél, vékonyabb holdkérget takar. Mindezek mellett, a kutatócsoport elméleteit bizonyítandó, nagy mennyiségben találhatóak itt a titánhoz és a tóriumhoz hasonló, nehéz elemekből felépülő ásványok. Ezen eredmények elérésével most először sikerült bizonyítékot szolgáltatni a Hold felszíne alatt zajló folyamatokra, és rávilágítani arra, hogy a Hold legkorábbi története a felszíne alatt íródott. A későbbi szeizmikus mérésekkel természetesen még többet megtudhatunk majd ezekről a folyamatokról. Ezek az eredmények fontosak lehetnek az NASA 2025-ös Artemis III küldetésének szempontjából is, amikor 50 hosszú év után ismét ember lép majd a Hold felszínére.

A kutatócsoport a Nature Geoscience című folyóiratban tette közzé eredményeit.

A cikk forrása: https://www.space.com/moon-inside-out-billions-years-ago