Rysunek 1. Lokalizacje próbek zwróconych z Księżyca. Modelowe wieki osadów klaczy [1] opierały się na nałożonych na siebie gęstościach kraterów i chronologii kraterów Neukum [23]. Księżyc miał znacznie większy strumień uderzenia przed umieszczeniem widocznej klaczy księżycowej, ale historia wczesnego uderzenia jest w dużej mierze niepotwierdzona. Wiek powstania kilku krytycznych basenów uderzeniowych, takich jak te wskazane na rysunku, ma kluczowe znaczenie dla oceny strumienia wczesnych uderzeń [56]. Zdjęcie bazowe to cieniowany model reliefu (przeskalowanie w pionie wynoszące 8) oparty na globalnym cyfrowym modelu wysokości skonstruowanym przy użyciu danych wysokościomierza laserowego Lunar Orbiter. Źródło: Kosmos: nauka i technologia
To szczegółowe badanie chronologii kraterów księżycowych obejmuje rozwój metod datowania poprzez analizę próbek, omawia historyczny strumień uderzeń na Księżyc, począwszy od zestalenia się księżycowego oceanu magmy, a także bada kontrowersje dotyczące datowania i identyfikacji źródeł uderzenia. Podkreśla znaczenie najnowszych odkryć, takich jak te z misji Chang’e-5, dla walidacji bieżących modeli i nakreśla przyszłe priorytety badawcze w świetle nadchodzących misji księżycowych.
Chronologia krateru księżycowego
W pierwszej kolejności uczeni dokonali przeglądu istniejących punktów kontrolnych i historii budowy kraterów księżycowych. Przed powrotem próbek Księżyca stratyfikacja bliższej strony Księżyca opierała się na danych teledetekcyjnych z teleskopów naziemnych i orbiterów księżycowych.
Jak pokazano na rysunku 1, w ramach sześciu misji załogowych i czterech misji robotycznych przywieziono jak dotąd próbki, w tym bazalty i szkło wulkaniczne, z różnych jednostek geologicznych Księżyca. Na podstawie litologii i historii termicznej tych próbek techniki datowania radiometrycznego pozwoliły określić ich wiek radiometryczny, który następnie wykorzystuje się do interpretacji wieku ekspozycji jednostek geologicznych.
Jednakże badania geologiczne próbek Księżyca ujawniły niepewność wynikającą z niejasnego pochodzenia próbek i trudności w określeniu grup kraterów. Mieszany charakter regolitu sprawia, że powiązania geologiczne między próbkami a określonymi jednostkami geologicznymi są niejasne.
Kratery uderzeniowe odgrywają kluczową rolę w szacowaniu wieku modeli jednostek geologicznych na Księżycu i innych ciałach stałych w Układzie Słonecznym. Uczeni zazwyczaj dopasowują funkcje matematyczne, aby ustalić funkcje chronologii kraterów na Księżycu, które przewidują modelowy wiek jednostek geologicznych na Księżycu i innych stałych ciałach Układu Słonecznego. Przewidywania te potwierdzają próbki zwrócone z misji eksploracji kosmosu. Na przykład próbki zwrócone przez misję Chang’e-5 dodatkowo potwierdziły wiarygodność technik określania wieku w oparciu o statystyki kraterów, potwierdzając w ten sposób popularny obecnie model chronologii kraterów na Księżycu.
Zrozumienie strumienia uderzeniowego Księżyca
Następnie w artykule przedstawiono główny konsensus i ustalenia dotyczące strumienia uderzeniowego Księżyca.
Po pierwsze, zapis uderzenia Księżyca rozpoczął się w fazie krzepnięcia oceanu magmy księżycowej. Wczesne uderzenia nie pozostawiły wyraźnych zapisów ze względu na ciągłe różnicowanie oceanu magmy. Po tym, jak ocean magmy w większości zestalił się około 4,46 miliarda lat temu, struktury uderzeniowe Księżyca zaczęły się zachowywać.
Po drugie, nieoczekiwanie wysoka zawartość pierwiastków wysoce syderofilnych (HSE) w płaszczu Księżyca sugeruje, że Księżyc był w dalszym ciągu bombardowany przez meteoryty chondrytyczne po zróżnicowaniu się oceanu magmy, prawdopodobnie z powodu późnego uderzenia forniru.
Po trzecie, porównanie gęstości kraterów między wyżynami księżycowymi a mórz wskazuje, że Księżyc doświadczył późnego silnego bombardowania, którego strumień uderzenia był znacznie większy około 3,8 miliarda lat temu w porównaniu z okresami późniejszymi. Basen Bieguna Południowego-Aitken (SPA), uważany za jedną z największych struktur uderzeniowych na Księżycu, powstał prawdopodobnie około 4,3 miliarda lat temu. Następnie około 3,8 miliarda lat temu nastąpił okres późnego ciężkiego bombardowania (LHB), który doprowadził do znaczącej ewolucji geologicznej i biochemicznej na Księżycu i planetach ziemskich.
Wreszcie, od około 3,8 miliarda lat temu strumień uderzeń Księżyca pozostaje stosunkowo stabilny, z okazjonalnymi szczytami, ale bez znaczących zmian w ogólnej stabilności. Odkrycia te mają kluczowe znaczenie dla zrozumienia ewolucji Księżyca i planet ziemskich.
Rysunek 5. Podobne źródła impaktorów ciał wewnętrznych Układu Słonecznego, ale różne populacje kraterów i impaktorów przed i po ~3,8 Ga. Liczba ta została zaadaptowana przez Stroma i in. [12]. (A) SFD populacji kraterów powstałych na terenach starszych i młodszych niż 3,8 Ga na Księżycu i planetach ziemskich. (B) SFD impaktorów, które utworzyły populację kraterów na wyżynach Księżyca (czerwone kółka) i na północnych równinach Marsa (zielone otwarte kółko). Populacja starszych impaktorów jest porównywalna z obecnymi asteroidami pasa głównego, a populacja młodszych impaktorów jest porównywalna z asteroidami bliskimi Ziemi (NEA). Subaru, SDSS, Spacewatch, IRAS i LINEAR to teleskopy do obserwacji asteroid [12,13]. Źródło: Kosmos: nauka i technologia
Debata na temat czasu uderzeń Księżyca
Następnie w artykule przedstawiono główne rozbieżności i znaczący postęp w rozstrzyganiu kontrowersji wokół strumienia uderzeniowego około 3,8 miliarda lat temu. Główna niepewność co do strumienia uderzeń Księżyca wynika z niedopasowania wieku radiometrycznego do wieku modelu przewidywanego na podstawie chronologii kraterów. Ta niepewność wynika głównie z niedoskonałej kalibracji wieku radiometrycznego i danych statystycznych dotyczących produkcji kraterów, co jest powszechne w przypadku jednostek geologicznych starszych niż około 3,92 miliarda lat i o średnicach większych niż 300 kilometrów lub mniejszych niż około 10 metrów.
Ponadto istnieją inne kwestie, takie jak dokładny wiek izotopowy zwróconych próbek, który nie wskazuje jasno ich źródła; niejasne pochodzenie wczesnych uderzeń Księżyca i dynamika orbity; możliwość, że późny fornir mógł powstać po zestaleniu księżycowego oceanu magmy, ale jego konkretne pochodzenie pozostaje niepewne; wczesna historia uderzeń Księżyca zapewniająca ograniczenia dotyczące końcowych etapów formowania się planet, potencjalnie związana z dynamiką orbitalną całego Układu Słonecznego; niepewny związek między późnym płaszczem Księżyca a późnymi ciężkimi bombardowaniami, co utrudnia przypisanie wczesnych cech geofizycznych i geochemicznych konkretnym kontekstom geologicznym.
Jak pokazano na Rysunku 5, grupy kraterów na wyżynach Księżyca przypominają współczesne impaktory asteroid z pasa głównego, co sugeruje, że główny pas asteroid mógł być głównym źródłem uderzeń w Księżyc przed 3,8 miliarda lat temu. Jednak źródło i dynamika wczesnych impaktów pozostają niepewne i wymagają dalszych badań, aby rozwiązać te problemy.
Przyszłe kierunki badań Księżyca
Na koniec autorzy podsumowali dotychczasowe badania i omówili przyszłe kierunki badań w kontekście planowanych powrotów próbek. Chociaż techniki takie jak analiza próbek, mapowanie geologiczne o wysokiej rozdzielczości, badania geofizyczne i modelowanie dynamiki orbity mogą zmniejszyć niepewność związaną z niejasnym pochodzeniem próbek i wyzwaniami związanymi z wyznaczaniem grup kraterów, nie rozwiązują one zasadniczo problemu słabego zrozumienia procesów wczesnych uderzeń meteorytów.
Obecnie kalibracja strumienia uderzeniowego Księżyca w oparciu o strukturę próbki i krateru pozostaje nieuchwytna. Jednak w nadchodzących latach, w obliczu zbliżających się misji eksploracji Księżyca z różnych krajów, które mają dostarczyć więcej próbek i danych teledetekcyjnych, w przyszłych badaniach priorytetem będą miejsca pobierania próbek starsze niż 3,92 miliarda lat. Podejście to ma na celu połączenie ewolucji planet i dynamiki orbit, poznanie historii wczesnych uderzeń i dalsze lepsze zrozumienie strumienia uderzeń Księżyca. Oczekuje się, że dzięki projektowaniu nowych misji eksploracyjnych i strategii badawczych nastąpi postęp w kalibrowaniu strumienia uderzeń Księżyca i wyjaśnianiu procesów wczesnych uderzeń meteorytów.
Odniesienie: „Impact Flux on the Moon” autorstwa Zhiyong Xiao, Kaichang Di, Minggang Xie, Zongyu Yue, Yangting Lin, Yiren Chang, Yichen Wang, Fanglu Luo, Rui Xu i Hanxing Ouyang, 29 kwietnia 2024 r., Przestrzeń: nauka i technologia.
DOI: 10.34133/spacja.0148
