Свежий кратер на Oceanus Procellarum. Фото: НАСА/GSFC/Университет штата Аризона.
Луна Земли приобрела вид швейцарского сыра из-за того, что небесные объекты врезались в ее поверхность, образуя ударные кратеры. Но кратеры – это не все, что осталось после себя; Сильное давление и температура такого столкновения также воздействовали на камни и пыль, покрывающие лунную поверхность, известные как реголит, изменяя его минеральный состав и структуру. Анализ полученных минералов дает современным исследователям ключ к разгадке прошлого Луны.
Китайский «Чанъэ-5», первая миссия по возвращению образцов с Луны после советской «Луны-24» в 1976 году, доставила 1,73 килограмма реголита с корабля Oceanus Procellarum, названного в честь его огромных размеров. Образец, приземлившийся на Чанъэ-5 (CE-5) в конце 2020 года, включал в себя новый минерал Changesite-(Y), а также загадочную комбинацию минералов кремнезема.
В книге «Материя и радиация в экстремальных условиях» исследователи Китайской академии наук сравнили состав материала CE-5 с другими образцами лунного и марсианского реголита. Они исследовали потенциальные причины и происхождение уникального состава лунного образца.
Астероиды и кометы сталкиваются с Луной на экстремальных скоростях, вызывая ударный (ударный) метаморфизм в лунных породах. Это изменение температуры и давления происходит быстро и имеет отличительные особенности, включая образование полиморфов кремнезема, таких как стишовит и зейфертит, которые химически идентичны кварцу, но имеют другую кристаллическую структуру.
«Хотя лунная поверхность покрыта десятками тысяч ударных кратеров, минералы высокого давления редко встречаются в лунных образцах», — сказал автор Вэй Ду. «Одним из возможных объяснений этого является то, что большинство минералов высокого давления нестабильны при высоких температурах. Следовательно, те, которые образовались во время удара, могли подвергнуться ретроградному процессу».
Однако фрагмент кремнезема в образце CE-5 содержит как стишовит, так и зейфертит, минералы, которые теоретически сосуществуют только при гораздо более высоких давлениях, чем, по-видимому, испытывал образец.
Авторы установили, что зейфертит существует как фаза между стишовитом и третьей полиморфной модификацией кремнезема, α-кристобалитом, также присутствующей в образце.
«Другими словами, зейфертит мог образоваться из α-кристобалита в процессе сжатия, а часть образца превратилась в стишовит во время последующего процесса повышения температуры», — сказал Ду.
Эта миссия также вернула новый лунный минерал, Changesite-(Y), фосфатный минерал, характеризующийся бесцветными прозрачными столбчатыми кристаллами.
Исследователи оценили пиковое давление (11–40 ГПа) и продолжительность воздействия (0,1–1,0 секунды) столкновения, принявшего форму образца. Объединив эту информацию с моделями ударных волн, они оценили образовавшийся кратер шириной от 3 до 32 километров, в зависимости от угла удара.
Дистанционные наблюдения показывают, что отдаленные выбросы реголита CE-5 в основном происходят из четырех ударных кратеров, причем кратер Аристарх является самым молодым среди четырех удаленных кратеров. Поскольку зейфертит и стишовит легко разрушаются в результате термального метаморфизма, они пришли к выводу, что фрагмент кремнезема, вероятно, образовался в результате столкновения, в результате которого образовался кратер Аристарх.
Эта миссия по возвращению образцов продемонстрировала силу современного анализа и то, как он может помочь раскрыть историю небесных тел.
Информация от: Американским институтом физики.
