První vzorky hornin z odvrácené strany Měsíce překvapily vědce

Veškeré předchozí vzorky z Měsíce pocházely z různých míst na přivrácené straně naší přirozené družice, ať už šlo o počiny amerických pilotovaných misí Apollo, sovětských automatických sond Luna, nebo předchozí čínské automatické sondy Čchang-e 5 z roku 2020.

Proto je loňská mise čínské sondy Čchang-e 6 tak důležitým prvenstvím v rámci výzkumu Měsíce. Podstatně rozšiřuje naše znalosti o Měsíci, protože vzorky pocházejí z úplně jiného typu měsíčního povrchu než předtím. Mise Čchang-e 6 na odvrácené straně mohla být úspěšná pouze díky retranslaci radiové komunikace sondy se Zemí přes spojovací družici Čchüe-čchiao 2, která operovala v blízkosti Lagrangeova bodu L2 soustavy Země–Měsíc.

Měsíc při svém oběhu (díky tzv. vázané rotaci) obrací k Zemi prakticky stále stejnou stranu či polokouli, tzv. přivrácenou. Povrch Měsíce na straně přivrácené k Zemi se přitom dosti liší od povrchu jeho strany odvrácené. Na přivrácené straně vidíme relativně větší zastoupení plochých a tmavých míst, tzv. měsíčních moří, a povrchová kůra Měsíce je zde relativně slabá.

Na odvrácené straně či polokouli „měsíční moře“ až na výjimky nejsou, místo toho jsou zde přítomna hlavně členitá a světlá místa s mnoha krátery a pohořími, tzv. měsíční pevniny. A kůra Měsíce je zde zpravidla mnohem silnější.

Samozřejmě nejde o reálné moře a pevniny, jsou to jen historické názvy, které označují vizuální podobnost s pozemskými moři a pevninami. Tmavá měsíční moře jsou tvořena zejména ztuhlými čediči, vulkanickými horninami, které se kdysi ve formě horké lávy rozlily po povrchu a zakryly původní (světlé) krátery. Světlé měsíční pevniny naopak obsahují mnoho hornin bohatých na živce a je na nich vidět množství kráterů, zejména z doby tzv. velkého bombardování, které se odehrálo brzy po vzniku Sluneční soustavy.

Před přistáním Čchangu-e 6 bylo možné chemické složení odvrácené strany studovat pouze nepřímo – na základě dálkového průzkumu kosmických sond létajících na oběžné dráze kolem Měsíce. Ale již z toho vědci pochopili, že odvrácená strana Měsíce a její horninové složení se velmi liší od přivrácené strany. Má např. také jiné koncentrace thoria, radioaktivního prvku, který se podílel na měsíčním vulkanismu.

Místo na odvrácené straně, kde přistála sonda Čchang-e 6, v oblasti pánve South Pole-Aitken (SPA), umístěné mezi jižním pólem Měsíce a kráterem Aitken (vytvořeným asi před 4 miliardami let), má však ještě jiný charakter. I zde vidíme tmavší pánve, pokryté kdysi ztuhlými čediči, ale jejich složení se dost liší od běžného složení čedičů na přivrácené straně Měsíce. V místě pánve SPA je také mimořádně tenká kůra. Rozdíly v charakteru různých druhů povrchů na Měsíci naznačují, jak komplexní a místně odlišný vývoj náš vesmírný souputník během své historie prodělal.

Přistávací modul mise Čchang-e 6 přistál přesněji v ploché oblasti ležící v jižní části kráteru Apollo, který sám leží uvnitř větší pánve SPA. Samotná pánev zřejmě vznikla po dopadu většího meteoritického tělesa na povrch asi před čtyřmi miliardami let. Tento útvar s průměrem okolo 2500 km a hloubkou asi 12 km je největší potvrzenou impaktní pánví ve Sluneční soustavě.

Vzorky čediče, které přivezla čínská mise, ukazují, že se zde odehrály dvě silné vulkanické události: jedna starší před 4,2 miliardy let a druhá mladší před 2,8 miliardy let. Ta druhá nemá na přivrácené straně obdoby. Těleso o velikosti Měsíce ztrácí teplo velmi rychle, takže není jasné, kde by se zde v oné mladší době teplo nutné k roztavení hornin vzalo. Navíc zde není v horninách přítomen dostatek radioaktivních prvků jako thorium, které by mohly příslušné teplo vytvořit (na rozdíl od čedičů přivrácené strany). Je to velká záhada.

Příslušný výzkum vzorků zveřejněný v listopadu v odborném časopise Nature provedla laboratoř profesora Čchiou-li Li z Ústavu geologie a geofyziky Čínské akademie věd. Informovaly o tom kupříkladu též web amerického měsíčníku Astronomy či zpravodajská stanice CNN.

Postdoktorand Čchien Čang pod vedením profesora Lia provedl systematické radioizotopové datování u 108 čedičových fragmentů obsažených ve vzorcích. Z nich 107 fragmentů má stáří zhruba 2,8 miliardy let, což ukazuje na erupční stáří většiny čedičů v místě přistání Čchangu-e 6.

Pozoruhodné je, že analogická vulkanická událost nebyla zatím pozorována u žádných vzorků z přivrácené strany. Zde bylo u čedičových vzorků většinou zaznamenáno stáří větší než tři miliardy let, ale u vzorků z čínské sondy Čchang-e 5 (přistála na přivrácené straně) i kolem 1,9 miliardy let.

Poslední fragment, čedič s vysokým obsahem hliníku starý asi 4,2 miliardy let, pochází zřejmě původně z oblasti „skrytého moře“, které se nachází jižně od místa přistání. Na místo přiletěl po nárazu meteoritu, který vymrštil spoustu materiálu do okolí. Jedná se o nejstarší dosud získaný vzorek měsíčního čediče, jehož stáří bylo přesně určeno.

Tato data naznačují, že vulkanická aktivita na odvrácené straně Měsíce trvala nejméně 1,4 miliardy let. Počáteční analýza izotopů olova zase ukazuje, že různě staré čediče z pánve SPA pocházejí z odlišných zdrojů v měsíčním plášti. Starší čedič pocházel ze zdroje bohatého na horniny tzv. typu KREEP, tj. ze zdroje s hojným obsahem draslíku (K), prvků vzácných zemin (REE, rare-earth elements) a fosforu (P), ale také radioaktivních prvků, zatímco mladší čedič pocházel ze zdroje chudého na KREEP, tedy i na radioaktivní prvky.

V další studii z magazínu Science tým vedený profesorem I-kang Süem také zjistil, že v horninách pláště kromě radioaktivních prvků, jako je thorium, zřejmě musí existovat ještě další faktor řídící tvorbu měsíční vulkanické aktivity. „Ačkoli má pánev SPA tenkou kůru, na KREEP chudý plášťový zdroj pod pánví SPA nestačí k vysvětlení zdejší vulkanické aktivity,“ řekl Sü.

Relativně mladé stáří většiny čedičů získaných Čchangem-e 6 je tedy překvapivé spolu s tím, že prakticky neobsahují radioaktivní prvky, což vyvolává otázku, jak zde mohlo k příslušné mladší vulkanické epizodě dojít. Stejná otázka se však objevuje i u skoro 2 miliardy let starých čedičů získaných v místě přistání sondy Čchang-e 5 na přivrácené straně.

Sonda celkem přivezla cca 2 kilogramy vzorků (1935,3 gramu měsíční horniny). 1,6 kg z toho tvoří materiál nabraný z povrchu pomocí lopatky. Zbytek sonda získala pomocí poměrně dlouhého vrtáku z až třímetrové hloubky pod povrchem. Tyto dva způsoby odběru mají své důvody – zatímco v hloubce vědci očekávají spíše původní horniny typické pro dané místo, na povrchu se nachází z velké části smíšená a drobná prachová drť, v níž velkou část tvoří materiál pocházející z jiných, někdy i velmi vzdálených míst.

Za miliardy let, kdy na povrch Měsíce dopadají různé meteority, na okolí takto vzniklých kráterů dopadá právě drobná drť materiálu vymrštěná během těchto dopadů. Na povrchu tedy obecně není přítomen čistý materiál patřící jen k danému místu, ale i směs vyvrženého a nadrceného materiálu ze širokého okolí.

Popularizátor astronomie z brněnské hvězdárny Pavel Gabzdyl v reakci na o něco starší zprávu publikovanou v National Science Review okomentoval složení vzorků na síti X.

Uvedl mj. následující: „Ukázalo se, že vzorky z pánve z odvrácené strany mají nízkou hustotu a jsou mnohem více nakypřené/porézní než ty, které známe z přivrácené strany. V jejich původním stavu na Měsíci je jejich hustota dokonce blízká hustotě vody! Bylo však objeveno i mnoho rozdílů v mineralogickém složení. Například obsahují více světlých částic, jako je živec a světlá skla, zatímco olivínů o něco méně. Dovezený materiál tak připomíná spíše horniny měsíčních pevnin než horniny z měsíčních moří.“

Vzorky mohou podle vyjádření čínských vědců přinést nové objevy. Zatím s jistotou nevíme, zda dojde k revidování současných teorií nebo ke zcela novým konceptům o původu a vývoji Měsíce. Nyní budou následovat další mineralogické a petrografické analýzy, i s mezinárodní účastí. Vědci provedou rovněž radiometrická měření, která by měla definitivně určit věk impaktní pánve South Pole-Aitken.

Zajímavou součást výzkumu budou tvořit také analýzy vzorků odebraných z hloubky pomocí vrtáku. Vědci mají k dispozici přibližně 300 gramů vzácné podpovrchové horniny. Mělo by se jednat o materiál z hloubky až tří metrů, který nezasáhla povrchová vesmírná eroze.