A Rümker-plátó vidéke az Oceanus Procellarumban, a kínai holdszonda leszállóhelye

Szerző: Tóth Imre

A kínai holdkutatás Chang’e–5 programja jelentős eredménnyel zárult: csaknem 2 kg (a földön elvégzett mérések szerint 1731 gramm) holdi kőzetmintával a fedélzetén sikeresen földet ért Kína első olyan holdszondája, ami holdi anyagmintával tért vissza a Földre. Mint ismeretes, a landolás 2020. december 16-án 17:59 világidőkor (közép-európai zónaidőben 18:59-kor, helyi időben már 17-én késő éjjel) történt a terveknek megfelelően Belső-Mongóliában, Kína északi részén.

Már régóta nem volt olyan űrmisszió, amely a Holdról kőzetmintát hozott volna a Földre. Ugyanis a Chang’e-5 sikeres küldetésével 44 év után ez az első olyan űrszonda, amely holdi talajmintát juttat el a Földre, mert ezt megelőzően 1976-ban a szovjet Luna-24 gyűjtött 170,1 gramm holdi talajmintát a Mare Crisium (Válságok tengere) területéről. A három automatikusan talajmintát gyűjtő szovjet holdszonda (Luna-16, 20 és 24) összesen mintegy 300 gramm holdi anyagmintát hozott a Földre, ami eltörpül a Chang’e-5 sikere esetén Földre visszajutó teljes mintához képest. (Ne feledjük azonban azt, hogy azóta nagyot fejlődött az űrtechnológia!). Ezzel Kína is csatlakozhat a holdi anyagmintát a Földre eljuttatni képes űrnagyhatalmak, a Szovjetunió/Oroszország és az Egyesült Államok mellé. Az 1. ábra az eddigi holdfelszíni anyagminta gyűjtési helyeket mutatja be a három szovjet/orosz, talajmintákkal visszatérő holdszonda leszállási helyével (Luna-16, 20 és 24), valamint a hat Apollo emberes holdexpedíció leszállási helyével (A11, 12, 14, 15, 16 és 17).

1. ábra
A Holdon eddig végzett talajminta gyűjtési helyek, ahonnan a begyűjtött mintákat a Földre eljuttatták: a szovjet/orosz holdszondákkal (sárga tele négyzetek), az Apollo-program emberes holdexpedíciók helyei, (kék tele négyzetek) valamint a kínai Chang«e-5 holdszonda tervezett mintagyűjtési területe (piros téglalap), ami a Rümker-plátó (Mons Rümker) vidékén van. Az első kínai holdjáró (Yutu-1 vagy „Jáde nyúl”), a Chang´e-3 (CE 3, piros tele négyzet) is jelölve van)(forrás:  USGS, NASA, Y.Q. Qian és mások 2018, JGR E, ábra: E. Otwell, ScienceNews.org, 2020. december 1.).

A Chang’e-5 leszállóhelye a Hold Oceanus Procellarum holdrajzi északkeleti pereménél fekvő Mons Rümker (Rümker-hegy, Rümker-dombok, Rümker-plátó) közelében van. Nem közvetlenül a Rümker-hegyen, mert ott a várhatóan egyenetlen, dimbes-dombos felszín nehéz terepviszonyokat jelentene, és veszélyeztetné a sima leszállást, illetve a mintagyűjtést és a visszaindulást, egyszóval az egész küldetést. Ezért a leszállóhelyet a Rümker-hegytől keletre, az Oceanus Procellarum egy viszonylag simább felszínű vidéken jelölték ki. A Chang´e-5 leszállóhelyének holdrajzi koordinátái: északi szélesség 43,1 fok, nyugati hosszúság 51,8 fok. A leszállóterület helyét mutatja a holdtérképre bejelölve a 2. ábrán (Dickinson, 2020).

2. ábra
A Chang´e-5 leszállóhelye a Rümker-plátótól a Hold felszínén észak-kelet felé az Oceanus Procellarum északi vidékén. Az Oceanus Procellarumtól keletre (a képen jobbra) a Mare Imbrium és annak pereménél a Jura-hegység jellegzetes karéja látható (forrás: USGS, Sky and Telescope online, 2020. december 3., David Dickinson).

A NASA LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) LROC NAC (kislátószögű) kamerája részletes felvételén azonosítható a Chang´e-5 leszállóegysége a Hold felszínén (4. ábra).

3. ábra
A Chang´e-5  leszállóegysége a Hold felszínén a kijelölt négyzet közepén látható fényes folt a NASA LRO Hold körüli keringő szondája kislátószögű kamerája (LROC/NAC) 2020. december 2.  14:53:55 UTC-kor készült felvételén. A négyzet alakú teljes kép egy oldalának mérete 1210 méter (LROC NAC M1361560086R, NASA/GSFC/Arizona State UniversityNASA, SESE/ASU).

A Mons Rümker Carl Ludwig Christian Rümker (1788-1862) német csillagászról kapta a nevét, aki többek között a déli égbolt csillagainak katalogizálását végezte. Mintegy 70 km kiterjedésű fiatal, 1,2 milliárd éves (Qian és mások, 2018), kompakt, elszigetelt pajzsvulkáni alakzat. Legfeljebb 1100 méter magas, de feltűnő, mintegy 30 kisebb-nagyobb vulkáni lávadóm alkotta főként extrúziós, azaz sűrű lávaanyag lassú felszínre ömlése által kialakított kiemelkedés a Viharok Óceánja sima felszínéből. A felszínre került lávaanyag mintegy 1800 köbkilométer térfogatúnak becsülhető. Mindezek alapján a Rümker közelében landolt Chang’e-5 a Hold felszínének egy viszonylag fiatalabb vidékéről gyűjt majd mintát, míg a korábbi szovjet mintavevő szondák és az Apollo emberes holdexpedíciók jóval régebbi, a Hold kialakulásának és korai történetének időszakából származó mintákat gyűjtöttek. Az Apollo-15 felvétele a Rümker-platót és vidékét mutatja (4. ábra).

4. ábra
A Rümker-hegy (Mons Rümker) a Hold körül 105 km magasságban keringő Apollo-15 parancsnoki moduljából egy Hasselblad kamerával készült felvételen. A Rümker-hegy előterében a Rümker E kráter látható (forrás: NASA Apollo-15, AS15-97-13252).

A Rümker-plátót és vidékét tartalmazó Oceanus Procellarum egy mintegy 3200 km átmérőjű nagy medence (Procellarum Basin vagy Procellarum-medence) része.  Korábban azt tartották, hogy maga a Procellarum Basin egy nagy becsapódási medence. Ezt látszottak alátámasztani a japán Kaguya/SELENE (SElenological Engineering Explorer) holdszonda spektrális térképezési megfigyelési adatai is. Ugyanis a 2007-2009. között a Hold körül keringett Kaguya méréseiből meghatározott ásványi összetételére alapozták (Nakamura és mások, 2012). A mérések alacsony kalcium tartalmú piroxén ásványokat mutattak ki, amelyek tipikusan egy nagy becsapódás során megolvadt holdi kéreg és köpeny megolvadt anyagának keveredéséből alakult ki vagy pedig a már régebben differenciálódott (fajsúly szerint elkülönült) holdi magma óceán anyagából. Egyébként a Kaguya spektrális méréseiből nemcsak az Oceanus Procellarum, hanem a Mare Imbrium, valamintt a South Pole Aitken Basin – ami egy hatalmas holdi becsapódási medence – területén is kimutatható volt az alacsony kalcium tartalmú piroxén, ami ezeknek a területek becsapódási eredetére utal.

Azonban ma már úgy tartjuk, hogy az Oceanus Procellarum nem becsapódási eredetű, hanem a régmúltban a Hold fokozatos kihűlése az égitest összehúzódását eredményezte. Erre a következtetésre a NASA Hold körül keringett GRAIL (Gravity Recovery and Interior Laboratory) részletes gravitációs térképei elemzésével derült fény (Andrews-Hanna és munkatársaim 2014). A Hold nagy felbontású, részletes gravitációs térképe a nehézségi gyorsulás helyi változásairól ad információt. A tömegvonzás kis mértékű, de kimutatható változásai a holdkéreg sűrűségének és vastagságának eltéréseit rajzolják ki. Meglepő felfedezés volt, hogy a Procellarum óriási lávamedencét nem körívekkel közelíthető perem veszi körül, hanem egyenes vonalakból álló, egymással szögekben találkozó, „szögletes”, sokszög alakzatban húzódó gravitációs anomáliák sorozata határolja, mélyen eltemetve a jelenlegi bazaltréteg alatt. A GRAIL mérései valójában egykori hasadékvölgyeket rajzolnak ki, amelyeket a régmúltban nagy tömegsűrűségű bazaltláva töltött ki, így a gravitációs térképeken ezek nagyobb tömegvonzású helyek. A 4. ábra a Hold Procellarum-medencét (Procellarum Basin) mutatja a GRAIL holdszonda gravitációs méréseiből azonosított régi hasadékvölgyek elhelyezkedését mutatja, ezen belül a Rümker-plátó és annak közelében a Changé-5 leszállóhelye az Oceanus Procellarum északkeleti részén két kisebb  hasadékvölgy között helyezkedik el (5. ábra).

5. ábra
A Procellarum Basin határait egykori hasadékvölgyek jelölik ki a GRAIL holdszonda mérései által meghatározott nagyobb tömegvonzási helyeknél, ahol a felszín alatt nagyobb sűrűségű ősi lávaanyag halmozódott fel. A Rümker-plátó és a Chang´e-5 leszállóhelye a holdkorong bal felső részén található az Oceanus Procellarum északkeleti részén (forrás: Gibney, 2014).

Hogyan keletkeztek ezek a hasadékvölgyek a Holdon? A Hold kialakulása után fokozatosan kihűlt égi kísérőnk és egyre nagyobb része szilárdult meg, bizonyos elemek felgyűltek a magmában a kéreg és a köpeny határán, olyanok, mint a kálium, foszfor, ritkaföldfémek (a Holdon ezeknek van egy összefoglaló neve: KREEP, K, Rare-Earth Elements and P), illetve az urán és tórium. A KREEP magma a Hold néhány területén halmozódott fel, elsősorban az Oceanus Proellarum alatt. Ez az anyag igen gazdag volt radioaktív izotópokban, ezek bomlása pedig eleinte a környező kéreghez képest melegebben tartotta. A radioaktív fűtőanyag elfogyásával azonban gyorsabban is hűlt le, mint a környezete, hirtelen eltüntetve akár 600 foknyi különbséget is. Ez a lehűlés deformációkat hozott létre a felszínközeli kőzetanyagban, aminek két következménye volt a területen: 1.)  a köpeny felső része, illetve a kéreg megfeszült (deformációs feszültségek léptek fel), elvékonyodott, valamint 2.) a  területet határoló széleken berepedezett (itt a kérget alkotó kőzetanyag hőtani és mechanikai tulajdonságai játszottak alapvető szerepet a deformációk, feszültségek mértékének meghatározásában, kialakításában).

A Rümker-plátó környékén végzett anyagmintagyűjtéshez nyilván hasznos információ lehet, hogy milyen kémiai és ásványi összetételű minta várhatók. Előreláthatólag nagy valószínűséggel sok egykori holdi vulkáni kőzetek alkotók lesznek a gyűjtött mintában, hiszen az Oceanus Procelárum területén sok a vulkáni dóm és mag a Rümker is egy dóm-komplexum, valamint a már említett hasadékvölgyek is sok belső lávaanyaggal vannak feltöltve. A Rümker-plátó vulkáni aktivitását és annak időbeli alakulását geomorfológiai vizsgálatok alapján álltapították meg a NASA LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) NAC (Narrrow Angle Camera) nagy felbontású kamerája által készített felvételek elemzésével (Li és mások, 2020). E szerint a Rümker-plátó kialakulása négy vulkánossági  időszakaszra osztható: 3,74, 2,70,3,53 és 3,49 milliárd évvel ezelőtt voltak ezek a periódusok (Li és mások, 2020). Érdekesség, hogy a Rümker-plátó közelében levő Chang´e-5 leszállóhelyén a felszín ezeknél jóval fiatalabb, mintegy 1,2 milliárd éves. Tehát érdekes lesz összehasonlítani az LRO és más holdszondák méréseiből, valamint földi megfigyelésekből a Rümker-plátóra és vidékére meghatározott kémiai és ásványi összetételt a Chang´e-5 holdszonda által gyűjtött minta összetételével.

A Holdon a régmúltban végbement vulkáni aktivitás, az ennek következtében  az Oceanus Procellarum adott területén képződött mare bazalt, valamint az azóta történt felszíni átalakulások határozzák meg a holdszonda által begyűjtött anyagok kémiai és ásványi összetételét. A Rümker-plátó vidéke alatt a holdkéreg és köpeny határáig terjedő rekonstruált metszetet a 6. ábra mutatja (Chisenga és mások, 2020).

6. ábra
A Rümker-hegy környezetében a holdkéreg és köpeny határa, vlamint a felszín alatti egykori magmakamra és a felszínre vezető lávacsatornák elhelyezkedése a holdrajzi északi szélesség 40,8 fok mentén a holdrajzi nyugati hosszúság 57,5 fok és 61,4 fok között felvett metszeten 0-40 km mélység között a felszín alatt (Chisenga és mások, 2020).

Mivel a Chang´e-5 leszállóhelyén a Rümker-plátó mintegy 3,5 milliárd éves korához képest jóval fiatalabb, mintegy 1,2 milliárd éves korú, ezért is fontos a gyűjtött minták laboratóriumi vizsgálata, mert a Holdnak ezen vidékén a köpeny és kéreg, valamint a felszín fejlődésére, alakulására nyomon követhető lesz, továbbá a Hold más területéről hozott és a jövőben gyűjtött mintákkal is összehasonlítható lesz.  A Chang’e-5 útja előtti vizsgálatok (földi megfigyelések, illetve korábbi holdi kőzetminták) alapján feltehetően TiO2 és FeO, valamint tórium tartalmú kőzetek és piroklasztikus lerakódások borítják az Oceanus Procellarum és más mare vidékeket. Az Oceanus Procellarum a többi mare területhez képest ebben a tekintetben kissé eltérhet, mert anomális Procellarum-KREEP Terrain (PKT) összetételt tartalmaz (Qian és mások, 2020). Tehát éppen a terület fiatal kora miatt és feltehetően ilyenből hozott mintát a Chang´e-5. Várjuk a legújabb holdi anyagminta vizsgálatának eredményeit.



Források:

Andrews-Hanna, J.C., Besserer, J., Head, J.W. III. és mások 2014, Nature 514, Issue 7514, 68-71.

Chisenga, Ch., Yan, J., Zhao, J. és mások 2020. JGR E, No. 1, JE005978, 25pp.

Dickinson, D. 2020. China’s Chang’e 5 Collects Samples, Departs from the Moon (Sky and Telescope online, 2020. december 3.) https://skyandtelescope.org/astronomy-news/chinas-change-5-collects-samples-departs-from-the-moon/

Gibney, E. 2014 October 1. Nature News.

Nakamura, R. és mások 2012. Nature Geoscience 5, 775-778.

China is about to collect the first moon rocks since the 1970s (ScienceNews, 2020. december 1.) https://skyandtelescope.org/astronomy-news/chinas-change-5-collects-samples-departs-from-the-moon

Li, B., Zhang, J., Yue, Z. és mások 2020. Geomorphology 358. article id. 107114, 13pp.

LRO/LROC (NASA/GSFC, SESE/ASU, Arizona State University) Posts, No. 1172. lroc.sese.asu.edu/posts/1172

Qian, Y.Q., Xiao, L., Zhao, S.Y. és mások 2018. JGR E, No. 6, 1407-1430.

Qian, Y.Q, Xiao, L., Head, J.W. III. és mások 2020. DPS 52, No. 6 e-id 2020n6i302p01.



További információ, kapcsolódó internetes oldalak:

Barátságért holdkőzet? http://www.urvilag.hu/kina_a_vilagurhben/20210104_baratsagert_holdkozet

Bolygós rövidhírek: holdi por a Földön http://www.planetology.hu/bolygosh-rovidhirek-holdi-por-a-foldon/

Chang´e-5: teljes siker! http://www.planetology.hu/change-5-teljes-siker/

Sikeresen visszatért a kínai holdszonda: 44 év után ismét kőzetminták érkeztek égi kísérőnkről https://www.csillagaszat.hu/hirek/sikeresen-visszatert-a-kinai-holdszonda-44-ev-utan-ismet-kozetmintak-erkeztek-egi-kiseronkrol/

Kőzetmintáért indult a legújabb kínai holdszonda és vasárnap már pályára is állt a Hold körül https://www.csillagaszat.hu/hirek/kozetmintaert-indult-a-legujabb-kinai-holdszonda-es-vasarnap-mar-palyara-is-allt-a-hold-korul/

GYORSHÍR: A Hold körül a Csang’e-5 http://www.urvilag.hu/kina_a_vilagurben/20201128_gyorshir_a_hold_korul_a_csang%E2%80%99e5