V času Apolla je bila ena najpomembnejših operacij, ki so jih izvajali astronavti, vračanje vzorcev, kjer so nabavljali lunine kamnine in jih prinašali nazaj na Zemljo. Študija teh kamnin je razkrila veliko o sestavi, strukturi in geološki zgodovini Lune. To je privedlo do globokih odkritij, vključno s prisotnostjo vode na Luni in dejstvom, da sta tako Zemlja kot njen edini satelit nastala skupaj.
Sčasoma so znanstveniki izkoristili nove tehnike in tehnologijo za izvedbo bolj poglobljenih analiz, da bi izvedeli več o nastanku in evoluciji Lune. Nedavno je skupina raziskovalcev z univerze Brown in Carnegie Institution for Sciences (CIS) je v nekaterih od teh vzorcev preučil izotope žvepla, da bi osvetlil zgodnjo zgodovino Lune in njen razvoj.
Analizo je opravila Alberto E. Saal (profesor geologije na Brownovem oddelku za zemeljske okoljske in planetarne znanosti) in dr. Erik H. Hauri , geokemik iz laboratorija Zemlja in planete pri CIS (ki je umrl leta 2018). Z uporabo tehnike, znane kot Sekundarna ionska masna spektrometrija (SISM) na Inštitutu Carnie so preučevali izotopski podpis 67 posameznih vzorcev luninega materiala.
Nova analiza luninih kamnin določa konec luninega dinama, proces, s katerim je luna nekoč ustvarila magnetno polje. Slika: Hernán Cañellas in Benjamin Weiss
TheApollo 15in17kamnine vsebujejo očala, za katera velja, da so nekateri najbolj primitivni vulkanski lunarni material. Ta kozarca vsebujejo drobne koščke staljene lave (vključki taline), ki so bili ujeti, preden so se žveplo in drugi hlapni elementi lahko sprostili z izbruhom – postopek, imenovan razplinjevanje. Preučevanje teh koščkov lave omogoča znanstvenikom, da vidijo, kakšni so bili viri lave.
Z uporabo naprave SISM v Carnegieju sta Saal in Hauri izmerila te vzorce za izotope žvepla – natančneje razmerje med žveplom-32 in žveplom-34. Ti izotopi so bili izbrani, ker lahko hitrost, pri kateri se pojavijo, razkrije stvari o kemijskem razvoju vzorcev, od točke, kjer so nastali, do njihovega transporta do točke, kjer so končno izbruhnili na površje.
Začetne študije luninega stekla so pokazale, da se enakomerno bolj nagibajo k težjemu izotopu žvepla-34, ki je bil v nasprotju z drugimi elementi in izotopi (ki so pokazali velike razlike). Kot je Saal povedal v nedavnem intervjuju z Novice iz Browna :
»Več let se je zdelo, kot da so analizirani vzorci lunarnih bazaltnih kamnin imeli zelo omejene razlike v razmerjih izotopov žvepla. To bi pomenilo, da ima notranjost Lune v bistvu homogeno izotopsko sestavo žvepla. Toda z uporabo sodobnih analitičnih tehnik in situ pokažemo, da imajo razmerja izotopov vulkanskih stekel v resnici precej širok razpon in te razlike je mogoče razložiti z dogodki v zgodnji lunini zgodovini.
Umetnikov vtis o planetu oceana magme. Zasluge: Mark Garlick
Ti rezultati so bili uporabljeni za kalibracijo modela procesa razplinjevanja za vse lunine vzorce, kar je Saalu in Hauriju omogočilo, da določita sestavo izvornih virov lave. To je pokazalo, da lava izvira iz različnih rezervoarjev v notranjosti Lune, ki so imeli širok razpon razmerij žveplovih izotopov. Saal in Hauri sta ugotovila, da je ta razpon vrednosti mogoče razložiti s ključnimi dogodki v zgodnji zgodovini Lune.
Na primer, lažje razmerje izotopov v nekaterih kozarcih je skladno z ločitvijo železovega jedra od silikatnih mineralov, ko je bila zgodnja Luna še v staljenem stanju. Ko se železo loči od silikatov in drugih materialov, ki sestavljajo plašč in skorjo planetarnega telesa, se nagiba k zadrževanju težjega žvepla-34, tako da ostane preostala magma obogatena z lažjim žveplom-32.
Drug ključni dogodek je bil proces hlajenja in kristalizacije, ki je sledil, kar je verjeten vir vrednosti težjih izotopov, ki jih najdemo v nekaterih vulkanskih steklih in bazaltnih kamninah, vrnjenih z Lune. Ta kristalizacijski postopek je odstranil žveplo iz magnumovega bazena, kar je povzročilo nastanek trdnih rezervoarjev s težjim žveplom-34. Kot Saal pojasnil :
»Ko poznamo razplinjevanje, lahko ocenimo prvotno sestavo žveplovih izotopov virov, ki so proizvedli te lave. Vrednosti, ki jih vidimo v nekaterih vulkanskih steklih, so popolnoma skladne z modeli procesa ločevanja jedra. Naši rezultati kažejo, da ti vzorci beležijo te kritične dogodke v zgodovini Lune. Ko te vzorce nenehno gledamo z novejšimi in boljšimi tehnikami, se še naprej učimo novih stvari.'
Umetnikov vtis o udarcu, ki je povzročil nastanek Lune. Zasluge: NASA/GSFC
Saal je tudi navedel, da je treba opraviti več raziskav (in analizirati več vzorcev), preden je mogoče v celoti razumeti izotopsko sestavo žvepla. Medtem bodo ti najnovejši rezultati pomagali razjasniti dolgoletna vprašanja o sestavi Lunine notranjosti in o tem, kako se je razlikovala pred milijardami let. To dejansko pripelje astronome korak bližje razumevanju zgodnje zgodovine Lune.
Dragoceni znanstveni donosi, ki jih lunarne kamnine Apollo še naprej zagotavljajo, lepo ponazarjajo vrednost misij vračanja vzorcev. Tukaj na Zemlji je mogoče študije izvajati z instrumenti, ki bi bili preveliki in okorni za pošiljanje kot del robotske misije. Prav tako jih je mogoče arhivirati, tako da se lahko znanstveniki vrnejo in izvedejo nadaljnje analize, ko se tehnologija izboljšuje.
Zaradi tega je najnovejša Nasina robotska misija na Mars –Vztrajnostrover – bo zbiral vzorce in jih shranil v predpomnilnik, da jih bo misija ESA v prihodnosti priklicala. Ko jih bodo prinesli nazaj na Zemljo, jih bodo znanstveniki lahko preučevali več generacij in pri tem izvedeli vse več o tem, kaj imajo naši planeti skupnega.
Raziskava je bila izvedena s financiranjem Nase Delovanje sončnega sistema program.
Nadaljnje branje: Univerza Brown , znanost
