Vědcům se možná podařilo rozluštit záhadu odlišných polokoulí Měsíce

Vzorky z mise Chang’e-6 naznačují, že dvě velmi odlišné strany Měsíce mohly vzniknout, když nerovnoměrné zahřívání tlačilo magma z jedné polokoule na druhou. Měsíc má dvě velmi odlišné strany. Jeho polokoule přivrácená k Zemi je bohatá na tmavé vulkanické pláně, zatímco na odvrácené straně dominují starší vysočiny a mnohem silnější kůra. Nové analýzy materiálu, který dopravila na Zemi mise Chang’e-6 (CE6), naznačují, že tento kontrast může vyplynout z obrovských proudů v raném magmatickém oceánu Měsíce poté, co se slapově svázal se Zemí.

Výzkumný tým pod vedením profesora Hejiu Hui z Nanjing University provedl podrobné geochemické analýzy anortozitů, hornin Mg-suite (anortozitů s přebytkem hořčíku) a mořských čedičů odebraných z odvrácené strany Měsíce. Poté tyto vzorky porovnali s materiálem z přivrácené strany, který přivezly mise Apollo a Chang’e-5. Jejich výsledky poukazují na laterální tepelnou konvekci v měsíčním magmatickém oceánu (lunar magma ocean – LMO) jako možný původ dichotomie přivrácené a odvrácené strany Měsíce.

Kontrast mezi oběma polokoulemi je patrný jak v krajině, tak v jejím složení. Přivrácená strana obsahuje rozsáhlé mořské čediče a zvýšené koncentrace draslíku (K), prvků vzácných zemin (rare-earth elements – REE) a fosforu (P), tj. KREEP. Odvrácená strana se naproti tomu skládá převážně ze starověkého horského terénu, má silnější kůru a obsahuje relativně málo mořských čedičů.

Vědci navrhli pro toto rozdělení několik vysvětlení, včetně asymetrické konvekce magmatu a oceánu, obrovského impaktu, rozptylu přílivu a odlivu a nerovnoměrného růstu kůry. Žádné z nich však debatu nevyřešilo. Většina důkazů o rozdílech mezi přivrácenou a odvrácenou stranou pochází také z povrchu a kůry. Zda se stejná asymetrie rozprostírá hlouběji do měsíčního pláště, zůstává nejisté.

Plášť se na obou stranách jeví podobný
Sonda Chang'e-6 změnila to, co mohli vědci přímo testovat. V roce 2024 mise přivezla první vzorky, které kdy byly odebrány na odvrácené straně Měsíce, což umožnilo porovnat materiál z obou polokoulí Měsíce v laboratoři.

Bazalty z CE6 si zachovávají známky vyčerpaného zdroje pláště, podobné těm, které se nacházejí v bazaltech s nízkým obsahem titanu z mise Apollo. Tato podobnost naznačuje, že kumuláty, které vznikly postupným usazováním a krystalizací minerálů z původního globálního magmatického oceánu (LMO) pláště, a které krystalizovaly a akumulovaly se při ochlazování měsíčního magmatického oceánu, nevykazují zásadní rozdíl ve složení mezi odvrácenou a přivrácenou stranou.

Horniny Mg-suite poskytly další důkaz. Tyto horniny vznikají interakcemi kůry a pláště zahrnujícími částečné tavení kumulátů pláště, takže jejich hořčíkové číslo (Mg#) je užitečné jako indikátor složení pláště.

Srovnatelné hodnoty Mg# naměřené v horninách dopravených CE6 a výpravami Apollo podporují stejný závěr: kumuláty pláště pod oběma hemisférami jsou si kompozičně podobné. Vzorky dohromady naznačují, že kumuláty pláště vzniklé při krystalizaci LMO si nezachovávají významnou kompoziční asymetrii mezi přivrácenou a odvrácenou stranou.

Měsíční magmatický oceán (LMO) se před slapovým uzamčením rychle ochladil a vytvořil rané kumuláty pláště a plovoucí plagioklas vytvořil anortozitovou kůru. Po ustavení slapového uzamčení spustil tepelný kontrast mezi přivrácenou a odvrácenou stranou laterální konvekci uvnitř LMO, která posunula anortozitovou kůru směrem k odvrácené straně a zbytkové taveniny směrem k přivrácené straně. Neustálé ochlazování zbytkových tavenin nakonec vedlo k tenčím vrstvám kumulátů LMO v pozdním stadiu na odvrácené straně.

Kůra si zachovává silnější rozdělení
Anortozity z mise CE6 dosahují vyšších maximálních hodnot Mg# než anortozity přivezené Apollem, což naznačuje, že kůra na odvrácené straně je bohatší na hořčík. Tento výsledek souhlasí s pozorováními Měsíce provedenými dálkovým průzkumem z oběžné dráhy.

Horniny Mg-suite z CE6 také obsahují extrémně nízké koncentrace prvků vzácných zemin a nižší poměry Th/Sm než srovnatelné vzorky z Apolla. Tyto rozdíly poukazují na dvě možnosti. Magmatismus Mg-suite na odvrácené straně se mohl vyvinout nezávisle na KREEP, nebo samotná vrstva bohatá na KREEP mohla být nerovnoměrně rozložena mezi polokoulemi Měsíce.

Slapové uzamčení mohlo přetvořit měsíční kůru
Na základě porovnání pláště a kůry vyvinuli vědci model, který by mohl vysvětlit vznik měsíční dichotomie. Podle jejich teorie se v době před slapovým uzamčením Měsíce jeho prvotní magmatický oceán ochlazoval a tuhl poměrně symetricky. V této fázi vznikly první kumuláty pláště a anortozitická kůra.

Situace se změnila po slapovém uzamčení, kdy byly Země a Měsíc mnohem blíže u sebe. Model naznačuje, že slapový ohřev byl na přivrácené straně intenzivnější než na straně odvrácené. Tato nerovnováha vytvořila teplotní gradient mezi oběma polokoulemi, který byl dostatečně silný na to, aby vyvolal rozsáhlou horizontální tepelnou konvekci. Horké magma proudilo z přivrácené strany směrem k odvrácené a unášelo s sebou dříve vzniklé anortozity obohacené hořčíkem.

Tento proces mohl postupem času vytvořit silnější kůru s vyšším obsahem hořčíku, jakou dnes nacházíme na odvrácené straně. Současně byly zbytkové taveniny vytlačovány směrem k přivrácené straně. V důsledku tohoto procesu zůstaly na odvrácené straně pouze tenké vrstvy materiálu KREEP a kumulátů obsahujících ilmenit (ilmenite-bearing cumulates – IBC).

Model laterální tepelné konvekce, který propojuje v zásadě homogenní plášť s výrazně asymetrickou kůrou, nabízí vzájemně konzistentní vysvětlení toho, jak se obě měsíční polokoule mohly v nejranějším období své historie vyvíjet tak odlišně.

Zdroj: https://scitechdaily.com/scientists-may-have-cracked-the-mystery-of-the-moons-unequal-hemispheres/

autor: František Martinek