Kuun kaksi eri puolta ovat aivan erilaisia. Uusi tutkimus kertoo miksi näin on. Kuva NASA / Arizona State Univ. |
Maapallon seuralainen, Kuu, on ollut jatkuvan tutkimuksen
kohteena ainakin Galileon päivistä alkaen. Merkittävä harppaus tutkimuksissa
saatiin, kun ensimmäiset miehitetyt lennot toivat mukanaan merkittävän määrän
näytteitä kuunpinnalta. Kuusta on myös muitakin näytteitä olemassa, sillä
maapallolle on tippunut sieltä peräisin olevia meteoriitteja. Ne ovat
sinkoutuneet avaruuteen pienten tai hieman suurempien asteroidien törmäysten
vaikutuksesta.
Kuu siis tunnetaan suhteellisen hyvin, mutta vielä on
joitakin ja aivan perustavaa laatua olevia arvoituksia olemassa. Kesäkuun
alkupuolella julkaistiin kolme uutta tutkimusta, joissa ainakin kahta
arvoitusta on pystytty valottamaan jonkin verran: ensimmäinen näistä käsittelee
Kuun syntyä ja toinen sitä, miksi Kuun meille näkyvä puoli poikkeaa tavattoman
paljon toisesta puolesta.
Kuun on ajateltu syntyneen pian aurinkokunnan syntymisen
jälkeen kahden suuren kappaleen törmätessä toisiinsa. Maa oli tietysti toisena
osapuolena ja törmäävänä kappaleena oli nykyisen Marsin kokoinen Theia.
Törmäävän kappaleen on ajateltu syntyneen protoplanetaarisessa kiekossa lähellä
maapalloa. Syntypaikoilla on kuitenkin ollut pieni ero, sillä Theian
isotooppikoostumus on poikennut jonkin verran maapallon koostumuksesta.
Daniel Herwartz’in (George August yliopisto, Göttingen,
Saksa) johtama tutkimusryhmä julkaisi kesäkuun 6. päivänä
Science-tiedejulkaisussa artikkelin tutkimuksistaan, jossa he olivat
määrittäneet kuunäytteiden hapen isotooppipitoisuudet (16O, 17O
ja 18O -isotoopit). Alkuun määritykset tehtiin maahan pudonneista
meteoriiteista, mutta ne osoittautuivat liiaksi ”saastuneiksi” maassa olevan
hapen isotooppien vaikutuksesta. Tutkimustyönkannalta onneksi he saivat
näytteitä Apollo-lennoilta tuotetuista kivistä.
Aikaisemmin on tehty vastaavia määrityksiä, mutta niiden
tuottamat tulokset eivät ole tuoneet esille alkuperäisten isotooppien suhteita
riittävän tarkasti. Nyt Herwartzin tutkimusryhmä onnistui määrittämään eron,
joka oli 12±3 ppm 17O:16O -suhteelle. Ero osoittaa
kiistatta, että törmäys oli tapahtunut ja Theian kemiallista koostumusta
pystyttiin jonkin verran selvittämään muun tutkimuksen ohella vaikka kappaleen
kokoa tai tarkkaa syntymispaikkaa ei tiedetäkään.
Tutkimuksen valossa näyttäisi siltä, että jos ja kun
maapallo on synnyttyään pyörinyt itsensä ympäri suhteellisen nopeasti,
törmäävän kappaleen ei ole tarvinnut olla kovinkaan suuri. Näyttäisi siltä,
että Kuun massasta noin 10 % on Theiasta peräisin.
___
Goldschmidt Geochemistry konfrensissa kesäkuussa esiteltiin
tutkimus, jossa oli pyritty selvittelemään Maan ja Theian törmäyksen
ajankohtaa. Tähän asti arviot ajankohdasta ovat olleet suhteellisen varovaisia
ja jotkin laskelmat ovat antaneet aurinkokunnalle noin 100 miljoonan vuoden iän
törmäyksen aikaan (4,47 miljardia vuotta sitten). Ranskalaiset tutkijat
Guillaume Avice ja Bernard Marty (Lorraine yliopisto, Ranska) esittivät
tutkimuksessaan, että törmäys olisi tapahtunut 60 miljoona vuotta aikaisemmin,
siis noin 4,53 miljardia vuota sitten.
Törmäyksen ajankohdan määrittely perustui kvartsikiteiden
sulkeutumien jalokaasupitoisuuksiin (Xe, Kr ja Ar). Kvartsinäytteet olivat
peräisin Etelä-Afrikasta ja Australiasta ja tuloksia verrattiin meteoriiteista
saatuihin näytteisiin. Meteorit ovat parhaassa tapauksessa säilyneet täysin
muuttumattomina aurinkokunnan syntyajoilta asti ja antavat viitteitä siitä,
millainen ensimmäinen ilmakehä maapallolla on ollut juuri törmäyksen
ajankohtana.
___
Kolmas uusi tutkimus kertoo sen miksi Kuun meille kääntynyt
puoli on erilainen kuin meistä pois kääntynyt puoli. Tämäkin juontaa juurensa
Kuun syntyyn. Theian törmäyksen jälkeen avaruuteen singonnut aine kerääntyi
hiljalleen yhteen muodostaen Kuun. Etäisyys ei kuitenkaan ollut nykyinen, vaan
ainoastaan 5–10 % nykyisestä etäisyydestä, eli noin 20 000 – 40 000 km.
Tältä etäisyydeltä molempiin kappaleisiin syntyneet vuorovesivoimat olivat
hyvin suuret nykyiseen verrattuna, joten Kuun pyörimisliike lukkiutui hyvin
nopeasti kiertoaikaan jo siinä vaiheessa kun Kuu oli kauttaaltaan vielä sulassa
tilassa.
Kuun ja Maan kokoero on valtava. Lisäksi Kuun keskitiheys on
maapallon keksitiheyttä pienempi, joten sillä oli hyvät edellytykset jäähtyä
hyvin nopeasti. Jäähtyminen ei kuitenkaan tapahtunut samalla tavalla eri
puolilla Kuuta, vaan Maasta poispäin oleva osa jäähtyi nopeammin. Maapalloon
päin olevan osan jäähtymistä hidasti lämpösäteilyllään itse maapallo, jonka
pintalämpötila oli vielä tässä vaiheessa noin 2 500 °C tietämillä. Vaikka se ei
tunnu kovin korkealta lämpötilalta, Maan ja Kuun välinen lyhyt etäisyys tehosti
Kuun pinnan hidasta jäähtymistä. Kuusta katsoen maapallo oli suunnilleen
suhteessa yhtä suuri kuin mitä Jupiter näyttää nykyisin Ion radalta katsottuna.
Kuun vastakkaisen puolen kuori on muodostunut keveistä
alkuaineista kuten alumiinista ja sitä on siellä selvästi paksummasti kuin
meille kääntyneellä puolella. Suuren asteroidipommituksen aikaan (noin 4,3–3,8
miljardia vuotta sitten) Kuuhun törmänneet isokokoiset asteroidit saivat aikaan
satojen kilometrien kokoisia kraattereita, jotka maapallon puolella hiljalleen
täyttyivät vielä sulassa tilassa olevasta kiviaineksesta. Kraattereihin tihkuva
laava oli metallipitoista ja tummaa basalttia ja tästä syystä nykyisin ”merinä”
tunnetut mare-alueet ovat selvästi erottuvia Kuun pinnalta. Vastaavaa laavan
tihkumista Kuun vastakkaisella puolella ei esiintynyt.
Tämän tutkimuksen tekivät Arpita Roy, Jason Wright, ja Steinn
Sigurdsson, kaikki Pen State yliopistosta ja artikkeli julkaistiin kesäkuun 9.
päivänä Astrophysical Journal Letters -tiedejulkaisussa.