Кремнеземні сюрпризи в місячному зразку розкривають приховану історію Місяця

Місячний зразок, повернутий китайською місячною місією 2020 року, містив мінерали, які дають підказки до їх походження. Місяць Землі отримав вигляд швейцарського сиру завдяки тому, що небесні об’єкти врізалися в його поверхню, утворюючи ударні кратери. Але кратери — це не все, що залишилося позаду; інтенсивний тиск і температура такого зіткнення також впливають на каміння та пил, що вкривають місячну поверхню, відомий як реголіт, змінюючи його мінеральний склад і структуру. Аналіз утворених мінералів дає сучасним дослідникам підказки до минулого Місяця.

Аналіз місячних зразків Chang’e-5

Китайський Chang’e-5, перша місія повернення місячних зразків після радянської Luna 24 у 1976 році, доставив 1,73 кілограма реголіту з Oceanus Procellarum, літака, названого через його величезні розміри. Зразок приземлився з Chang’e-5 (CE-5) наприкінці 2020 року та включав новий мінерал Changesite-(Y), а також дивну комбінацію кремнеземних мінералів.

У видавничому журналі AIP Matter and Radiation at Extremes дослідники з Китайської академії наук порівняли склад матеріалу CE-5 з іншими зразками місячних і марсіанських реголітів. Вони досліджували можливі причини та походження унікального складу місячного зразка.

Ударний метаморфізм і місячні мінерали

Астероїди та комети стикаються з Місяцем на екстремальних швидкостях, викликаючи ударний (ударний) метаморфізм у місячних породах. Ця зміна температури та тиску відбувається швидко та має відмінні риси, включаючи утворення поліморфів кремнезему, таких як стішовіт і сейфертит, які хімічно ідентичні кварцу, але мають інші кристалічні структури.

«Хоча місячна поверхня вкрита десятками тисяч ударних кратерів, мінерали під високим тиском рідко зустрічаються в місячних зразках», — сказав автор Вей Ду. «Одне з можливих пояснень цього полягає в тому, що більшість мінералів під високим тиском нестабільні при високих температурах. Тому ті, що утворилися під час удару, могли зазнати ретроградного процесу».

Однак фрагмент кремнезему в зразку CE-5 містить як стішовіт, так і сейфертит, мінерали, які теоретично співіснують лише при значно вищому тиску, ніж, здавалося б, відчуває зразок. Автори визначили, що сейфертит існує як фаза між стішовітом і третім поліморфом кремнезему, α-кристобалітом, також присутнім у зразку.

«Іншими словами, сейфертит може утворитися з α-кристобаліту під час процесу стиснення, а частина зразка перетвориться на стішовіт під час подальшого процесу підвищення температури», — сказав Ду.

Значення висновків Chang’e-5

Ця місія також повернула новий місячний мінерал Changesite-(Y), фосфатний мінерал, який характеризується безбарвними прозорими стовпчастими кристалами.

Дослідники оцінили піковий тиск (11-40 ГПа) і тривалість удару (0,1-1,0 секунди) зіткнення, яке сформувало зразок. Об’єднавши цю інформацію з моделями ударної хвилі, вони підрахували, що отриманий кратер має ширину від 3 до 32 кілометрів, залежно від кута удару. Дистанційні спостереження показують, що віддалені викиди в реголіті CE-5 в основному походять із чотирьох ударних кратерів, а кратер Аристарх є наймолодшим серед чотирьох віддалених кратерів. Оскільки сейфертит і стішовіт легко порушуються термальним метаморфізмом, вони зробили висновок, що фрагмент кремнезему, ймовірно, походить від зіткнення, яке сформувало кратер Аристарх.

Ця місія повернення зразків продемонструвала силу сучасного аналізу та те, як він може допомогти розкрити історію небесних тіл.