عينات القمر التي أعادها Chang’e-5 تخبرنا عن البراكين الحديثة

مثلت Chang’e-5 خطوة كبيرة إلى الأمام لبرنامج القمر الصيني ، حيث كانت أولى بعثات البلاد لإعادة عينات إلى الأرض. الآن نتائج تأريخ العينات موجودة ، ومن الواضح أنه على الرغم من أن الرواسب قديمة ، إلا أنها صغيرة بما يكفي لتكون غريبة بعض الشيء.

إلى القمر والعودة

نجحت الصين الآن في إنزال العديد من المجسات والمركبات الجوالة على سطح القمر كجزء من برنامج استكشاف أكبر. يمثل Chang’e 5 الخطوة التالية ، حيث كان لديه تمرين للحصول على عينات تحت السطح ومركبة عودة يمكنها إعادتها إلى الأرض. المركبة الفضائية هبطت بنجاح منذ ما يقرب من عامين ، وبعد بضعة أسابيع ، عادت ما يقرب من 2 كجم من الصخور إلى الأرض من القمر.

تتمتع الصين بعقود من المعرفة المكتسبة منذ بعثات أبولو ، إلى جانب فهم نظري أكبر لتكوين القمر. وقد اختارت بعناية موقع هبوط Chang’e 5 ، وهو رواسب بركانية كبيرة تسمى Oceanus Procellarum ، يُعتقد أنها واحدة من المناطق الأصغر سناً على سطح القمر. لكن “الأصغر” يغطي مساحة كبيرة من الأرض ، حيث تراوحت التقديرات المستندة إلى عدد فوهة البركان من 3.2 مليار سنة إلى 1.2 مليار فقط.

من شأن تحديد عمر محدد للإيداع أن يوفر عددًا من الفوائد. بادئ ذي بدء ، يقدم القمر “ساعة” لحفر نظامنا الشمسي بأكمله. إنه المكان الوحيد الذي يمكننا فيه مطابقة أعداد الحفرة مع الأعمار التي تم الحصول عليها من عينات الصخور ؛ ثم نستخدم هذه الأرقام لوضع الأعمار على أجسام أخرى بناءً على تعداد فوهة البركان. يشمل النطاق الزمني لموقع هبوط Chang’e 5 الفترات التي ليس لدينا فيها تواريخ من الاضمحلال الإشعاعي.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن فهم الوقت الذي كان فيه القمر نشطًا بركانيًا لإنتاج رواسب كبيرة مثل Oceanus Procellarum يمكن أن يساعدنا في صياغة نماذج أكثر دقة لتشكيل القمر وتطوره. يتطلب النشاط البركاني حرارة ، وتأتي هذه الحرارة من مزيج من تكوين الجسم وتكوينه ، والتي ستشمل النظائر المشعة التي تنتج حرارة إضافية.

بمناسبة الوقت

كانت العينات المستخدمة في الدراسة الجديدة صغيرة بشكل ملحوظ: مكعبان ، كل منهما حوالي ثلاثة إلى أربعة ملليمترات لكل جانب. ومع ذلك ، فإن هذا الحجم الصغير يحتوي على مزيج رائع من المعادن (كلينوبيروكسين ، بلاجيوجلاز ، أوليفين ، كوارتز ، كريستوباليت ، وإلمنيت كلها تظهر). يتوافق التركيب الكتلي مع الرواسب البركانية الأخرى على القمر ، ومع ذلك ، يمكن أن تُعزى معظم الاختلافات بين العينتين إلى المعدل الذي تم تبريدهما به.

استخدم فريق البحث ، الذي يمثل تعاونًا دوليًا كبيرًا ، نظائر الرصاص لتقدير التواريخ لمواقع متعددة داخل كل عينة. (تحتوي الصخور البركانية غالبًا على مواد تجمدت في نقاط زمنية مختلفة وبالتالي يمكن أن تنتج مجموعة من الأعمار). تشير النتائج إلى أن إحدى العينات كان عمرها 1.893 ± 0.280 مليار سنة و 1.966 ± 0.059 مليار سنة. ينتج عن الجمع بين جميع البيانات من كلتا العينتين عمر 1.963 ± 0.059 مليار سنة.

في الأخبار السارة ، تتداخل جميع نطاقات عدم اليقين. وعلى الرغم من أن المواعدة الإشعاعية يمكن أن تنحرف بفعل بعض العوامل ، فلا يوجد ما يشير إلى أن هذه العوامل تلعب دورًا هنا. لا توجد علامة على التلوث بمواد أخرى ، سواء كانت موجودة في موقع الثوران أو مزروعة هناك بفعل التأثيرات القريبة.

يتوافق التكوين العام جيدًا مع الاستشعار عن بعد الذي يتم إجراؤه من المدار ومن خلال الأجهزة التي هبطت بها الصين. بشكل عام ، تشير الأدلة إلى أنه من المحتمل أن ترسب أوشيانوس بروسيلاروم بالكامل منذ حوالي ملياري عام.

آثار

عندما يتعلق الأمر بساعة فوهة النظام الشمسي ، فإن التاريخ الجديد لـ Oceanus Procellarum يحكم بعض التسلسلات الزمنية المقترحة ، حيث يشير إلى تأثيرات أقل منذ تشكيلها مما توقعته تلك التسلسلات الزمنية. تتوافق النماذج الأخرى مع التاريخ ، ومع ذلك ، فإن البيانات لا تتطلب مراجعات كبيرة.

المفاجأة الأكبر تكمن في شرح تطور القمر. العمر “يعني أن ما يقرب من 2000 كيلومتر مكعب من الصهارة البازلتية اندلعت بالقرب من موقع الهبوط بعد حوالي مليار سنة من تمركز أي بازلت قمري تم قياسه سابقًا.” إذا كانت هذه التواريخ تمثل الرواسب ككل ، فإن القمر كان به نشاط بركاني أكثر نشاطًا مما كنا نتوقعه بخلاف ذلك.

في مناطق أخرى من القمر ، ترتبط الرواسب البركانية الحديثة بعناصر مثل البوتاسيوم والثوريوم ، والتي توفر الحرارة من خلال الاضمحلال الإشعاعي. بدا وجود هذه العناصر موحيًا ، حيث يمكن أن يشير إلى أن النشاط الإشعاعي العالي يوفر الحرارة اللازمة للحفاظ على الأشياء منصهرة في وقت لاحق. تحتوي العينات التي حصل عليها Chang’e 5 أيضًا على مستويات أعلى من هذه العناصر المشعة ولكنها ليست أعلى من الرواسب البركانية الأخرى ، لذا فإن فكرة وجود علاقة خطية بين النشاط الإشعاعي وعمر النشاط البركاني لا تصمد.

لذلك ، فقد تركنا قدرًا لا بأس به من عدم اليقين بشأن كيفية تمكن القمر من دعم مثل هذه الانفجارات واسعة النطاق في وقت متأخر جدًا من تاريخه. من الواضح أن الانفجارات البركانية على نطاق أصغر حدثت في وقت لاحق ، بسبب الاختلافات المحلية في المناطق التي حوصرت فيها المواد الساخنة. لكن ليس من الواضح ما إذا كانت هذه العمليات يمكن أن تدعم شيئًا مثل ثورات Oceanus Procellarum.

علم، 2021. DOI: 10.1126 / العلوم. طبق الاصل 7957 (حول DOIs).