W 2020 roku chińska misja Chang'e 5 przywiozła z powrotem na Ziemię próbki z ponad kilograma księżycowych skał. Próbki zawierają niezliczoną ilość maleńkich szklanych paciorków, które powstały, gdy planetoidy uderzały w Księżyc, rozpryskując krople roztopionych skał wokół miejsca zderzenia.
Teraz naukowcy dokładnie przeanalizowali te szklane kulki oraz kratery uderzeniowe, w których pobliżu zostały znalezione. Wyniki badań opublikowane w Science Advances ujawniają nowe szczegóły dotyczące historii planetoid uderzających w Księżyc w ciągu ostatnich 2 miliardów lat. W szczególności udało się znaleźć ślady kilku fal uderzeniowych występujących tam w tym samym czasie co zderzenia na Ziemi, łącznie ze słynnym zderzeniem Chicxulub przed 66 milionami lat, które prawdopodobnie doprowadziło do wyginięcia dinozaurów.
Niszcząca siła uderzeń meteorytów obserwowana mogła być w całej historii ludzkości. Ostatnie godne uwagi wydarzenie z 2013 roku, czyli spektakularny meteor czelabiński, ranił setki ludzi, ale i tak był stosunkowo niewielkim zdarzeniem w porównaniu z historycznymi uderzeniami. Impakty o różnej skali miały miejsce w całej historii geologicznej Ziemi. Na świecie znaleziono wprawdzie zaledwie około 200 kraterów uderzeniowych, ale wynika to z faktu, że erozja i działalność geologiczna stale modyfikują powierzchnię naszej planety, dość skutecznie zacierając ślady dawnych zderzeń.
Natomiast na Księżycu, gdzie kratery uderzeniowe nie znikają tak łatwo, rozpoznano ich kilkaset milionów. Nietrudno sobie wyobrazić, że Ziemia doświadczyła podobnej ilości zderzeń wczesnym okresie istnienia. W miarę jak Układ Słoneczny ewoluował przez ostatnie 4,5 miliarda lat, liczba spadających planetoid malała wykładniczo w czasie, bo te kosmiczne skały były stopniowo wymiatane przez Ziemię i inne planety. Jednak szczegóły tego procesu pozostają niejasne. Czy nastąpił gładki spadek liczby uderzeń w Ziemię, Księżyc i pozostałe planety układu? Czy były może okresy, w których te kolizje stawały się częstsze na ogólnym tle tendencji spadkowej? Czy istnieje możliwość, że w przyszłości liczba kolizji może gwałtownie wzrosnąć?
Najlepszym dostępnym miejscem do poszukiwania tych odpowiedzi jest Księżyc, a najlepsze próbki to właśnie księżycowy grunt – taki jak ten, który przywiózł Chang'e 5. Zawiera on kuliste kropelki zestalonego stopu (szkła) o rozmiarach od kilku milimetrów do milimetra. Kropelki te powstają podczas szybkich uderzeń, które topią skałę macierzystą. Stopione krople mogą wtedy rozpryskiwać się na dziesiątki, a nawet setki kilometrów wokół krateru uderzeniowego.
Analizując skład chemiczny i radioaktywność tych kropel, możemy określić ich wiek. Wiek drobin daje nam odpowiedź na pytanie, kiedy te uderzenia miały miejsce na Księżycu. Każda próbka gruntu księżycowego zdaje się zapisem wielu uderzeń. Wiek zderzeń jest rozłożony w czasie na okres ostatnich ~4 miliardów lat, przy czym najmłodsze mają zaledwie kilka milionów lat.
Warto dodać, że Chang'e 5 wylądował w miejscu o stosunkowo nieskomplikowanej historii geologicznej w porównaniu z innymi miejscami na Księżycu, gdzie zbierano wcześniejsze próbki. Był to środek rozległego bazaltowego płaskowyżu o szerokości prawie 400 kilometrów. Płaskowyż ten ma „tylko” 2 miliardy lat, co stanowi młody wiek w stosunku do wieku całej skorupy księżycowej. Oznacza to również, że historia tego miejsca jest krótsza i prostsza do wyjaśnienia. Ułatwiło to identyfikację kropel pochodzących z pobliskich uderzeń, jak również interpretację danych chemicznych i chronologicznych z pomocą zdjęć satelitarnych otaczającej to miejsce powierzchni Księżyca. Uczeni połączyli te dane z wynikami modelowania komputerowego pokazującego, w jaki sposób krople mogły się formować i rozprzestrzeniać podczas uderzeń ciał o różnych rozmiarach.
Okazuje się, że szklane kropelki mogą być transportowane na odległość 20 do 100 kilometrów od miejsca uderzenia, nawet gdy impakt pozostawia krater o średnicy zaledwie 100 metrów. Modele wskazują również na to, że uderzenia tworzące kratery o średnicy większej niż 1 kilometr są bardziej wydajne w produkcji kropel. Wszystkie te informacje pomogły zainicjować poszukiwania konkretnych kraterów uderzeniowych odpowiedzialnych za produkcję szkieł wyekstrahowanych z próbki.
Na zdjęciu: Kropelki szkła z księżycowego gruntu ujawniają historię uderzeń planetoid. Źródło: Beijing SHRIMP Center, Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences
Bazaltowy płaskowyż otaczający miejsce lądowania Chang'e 5 obejmuje ponad 100 000 kraterów o wielkości ponad 100 metrów. Dopasowanie szklanych kropel do krateru, z którego pochodzą, to prawdziwa gra losowa, choć szanse są tu mimo wszystko nieco większe niż prawdopodobieństwo wygranej na loterii. Można jednak powiedzieć, że niektóre z tych kraterów są najprawdopodobniej źródłem szklanych kropelek z badanej próbki. Tak czy inaczej, próby przypisania ich do konkretnych kraterów doprowadziły również do innego ważnego wyniku.
Poprzednie badania wykazywały, że rozkład wieku kropel szkła w poszczególnych próbkach gruntu jest nierówny. Inaczej mówiąc, są okresy na osi czasu z dużą liczbą kropel i okresy z niewielką lub zerową liczbą. Przeprowadzona analiza szkła w próbkach Chang'e 5 i nowe próby powiązania ich z danymi kraterami potwierdzają tę zmienność tempa zderzeń w czasie. Co więcej, wieki rozpoznane na podstawie oceny właściwości tych kropel wydają się podobne do tych wyznaczonych dla wielu istniejących grup meteorytów pochodzących z pasa planetoid. Te grupy meteorytów mogą być rezultatem dawnych kolizji w obrębie pasa planetoid.
Jeden z wyznaczonych wieków pokrywa się również z czasem masowego wymierania dinozaurów. W omawianych badaniach nie przeanalizowano tego szczegółowo, ale zbieżność może wskazywać na to, że z nieznanych jeszcze powodów istnieją okresy, w których regularne orbity małych ciał w Układzie Słonecznym destabilizują się, kierując te obiekty na takie orbity, na których mogą one z łatwością uderzyć w Ziemię lub Księżyc.
Podsumowując, w historii Ziemi mogły wystąpić okresy, gdy kolizje nasilały się w całym wewnętrznym Układzie Słonecznym. Oznacza to, że Ziemia również mogła doświadczyć epok, w których tempo uderzeń było wyższe niż średnie, i że podobne wzrosty są możliwe w przyszłości. Jak taki wzrost wpłynąłby na dalszą ewolucję życia na naszej planecie? To wciąż jest zagadką.
Czytaj więcej:
Źródło: Phys.org
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Ilustracja: NASA / JSC
