Uutta tietoa Kuusta

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.