Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 32 – vyšlo 10. října, ročník 12 (2014) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

32/2014

Záhada Oceánu bouří vyřešena

Jiří Hofman

Oceán bouří je dominantní útvar na přivrácené straně našeho MěsíceMěsíc – přirozený satelit Země, rotuje tzv. vázanou rotací (doba oběhu a rotace je shodná). Díky tomu stále vidíme přibližně jen přivrácenou polokouli Měsíce. Měsíc je prvním cizím tělesem, na kterém stanul člověk (Neil Armstrong, 1969, Apollo 11). Voda na Měsíci byla objevena v stinných částech kráterů a pod povrchem (Lunar Prospektor, 1998). Povrch Měsíce je pokryt regolitem (drobná drť s vysokým obsahem skla). Malé pevné jádro je obklopené plastickou vrstvou (v hloubce 1 000 km pod povrchem). Velké množství kráterů má rozměry od milimetrů po stovky kilometrů. Několik z nich je pojmenováno i po českých osobnostech (například kráter Anděl). a jako jiná měsíční moře je vyplněn bazaltyBazalt – čedič, zdaleka nejrozšířenější vyvřelá hornina. Skládá se především z bazického plagioklasu a pyroxenu, může obsahovat olivín a foidy nebo křemen.  (čedičem). Dosud nebylo jasné, jak toto moře, které na délku měří až 2 500 km, vzniklo. Ostatní moře jsou vyplněnými impaktními krátery. Oceán bouří by ale musel být zdaleka největší a také nejstarší. Musel by vzniknout na konci období, kdy Měsíc byl pokryt ještě magmatickým oceánem, nebo velmi krátce po něm.

Tohoto tajemství byl Měsíc zbaven po prostudování dat z dvojice sond GRAILGRAIL – dvojice amerických sond (Ebb a Flow), jejichž hlavním úkolem bylo mapování gravitačních anomálií Měsíce. Odstartovaly 10. září 2011 a na Měsíc plánovaně dopadly 18. prosince 2012. Během pozorování létaly po kruhové dráze ve výšce pouhých 55 km nad povrchem Měsíce., které v roce 2012 gravimetrickyGravimetrie – měření síly gravitačního pole. V důsledku nehomogenit nebývají gravitační pole těles jednoduchá, čehož se dá využít právě ke zjišťování nehomogenit skrytých pod povrchem. zmapovaly jeho povrch. Samotné měření nebylo vůbec snadné, dvojice sond musela kroužit okolo Měsíce po téměř polárních drahách ve velmi malé výšce, pouhých 55 km nad povrchem. Jednoduché však nebylo ani zpracování naměřených dat. Ta se musela očistit o příspěvky povrchové topografie. Výsledná, tzv. Bouguerova gravitační data tak nejsou ovlivněna horami a údolími, které můžeme pozorovat na povrchu. Tato data se pak použijí pro další matematické zpracování, zejména k výpočtu gravitačních gradientů.

Dvojice amerických song GRAIL sloužila k gravimetrickému mapování Měsíce.
Zdroj: NASA.

Měsíc – přirozený satelit Země, rotuje tzv. vázanou rotací (doba oběhu a rotace je shodná). Díky tomu stále vidíme přibližně jen přivrácenou polokouli Měsíce. Měsíc je prvním cizím tělesem, na kterém stanul člověk (Neil Armstrong, 1969, Apollo 11). Voda na Měsíci byla objevena v stinných částech kráterů a pod povrchem (Lunar Prospektor, 1998). Povrch Měsíce je pokryt regolitem (drobná drť s vysokým obsahem skla). Malé pevné jádro je obklopené plastickou vrstvou (v hloubce 1 000 km pod povrchem). Velké množství kráterů má rozměry od milimetrů po stovky kilometrů. Několik z nich je pojmenováno i po českých osobnostech (například kráter Anděl). Oceán bouří – Oceanus Procellarum, největší z měsíčních moří, největší útvar na přivrácené straně Měsíce. Bazalt – čedič, zdaleka nejrozšířenější vyvřelá hornina. Skládá se především z bazického plagioklasu a pyroxenu, může obsahovat olivín a foidy nebo křemen. GRAIL – dvojice amerických sond (Ebb a Flow), jejichž hlavním úkolem bylo mapování gravitačních anomálií Měsíce. Odstartovaly 10. září 2011 a na Měsíc plánovaně dopadly 18. prosince 2012. Během pozorování létaly po kruhové dráze ve výšce pouhých 55 km nad povrchem Měsíce. Gravimetrie – měření síly gravitačního pole. V důsledku nehomogenit nebývají gravitační pole těles jednoduchá, čehož se dá využít právě ke zjišťování nehomogenit skrytých pod povrchem. Bouguerův gravitační potenciál – gravitační potenciál opravený o příspěvky povrchové topografie. Lunar Prospector – Sonda NASA, která po mnoha letech od programu Apollo měla za cíl zkoumat Měsíc. Od roku 1998 rok mapovala povrch Měsíce a měřila gravitační a magnetické pole. V lednu 1999 byla mise prodloužena o 7 měsíců. Po vyčerpání paliva byla loď v roce 1999 nasměrována do jednoho kráteru v blízkosti jižního pólu Měsíce. Dopadem se měl uvolnit pozorovatelný oblak vodní páry a potvrdit tak existenci vody na Měsíci. Nic takového se ale nestalo. KREEP – měsíční hornina, která je bohatá na draslík (K), vzácné zeminy (RRE – Rare Earth Elements) a fosfor (P). Kromě nich obsahuje také vysoké koncentrace uranu a thoria. Kvůli svému složení při tuhnutí prvotního oceánu magmatu nemohla krystalizovat a díky své nízké hustotě zůstala u povrchu.

Při vizualizaci zpracovaných dat se na mapě objevily dosud neznámé deprese široké asi 150 km a hluboké 2 až 6 km. Autoři studie navrhli vysvětlení, že tyto deprese by mohly být analogiemi k pozemským riftům (příkopovým propadlinám), které jsou často doprovodným jevem ztenčování kůry a které často doprovází rozsáhlá vulkanická činnost. V dnešní době jsou objevené deprese zcela překryty a zaplněny lávou, která se nejspíše vylévala na povrch Měsíce z přívodních žil prostupujících měsíční kůru. Soustava těchto objevených depresí je obdivuhodná zejména jako celek. Tvoří totiž přibližně kvaziobdélník na povrchu koule, jehož strany svírají úhel 120°. Tento tvar vyvrací domněnku, že by Oceán bouří mohl být pozůstatkem dopadu obřího tělesa. Krátery jsou totiž kruhové nebo nanejvýš eliptické. Dalším důkazem proti obrovskému kráteru je gravitační pole v okolí těchto depresí. To neodpovídá gravitačním anomáliím z okrajů známých impaktních pánví. Naopak nalezené deprese svými vlastnostmi odpovídají riftům pozorovaným i na jiných tělesech Sluneční soustavy.

Měsíc ve viditelném spektru (vlevo), jeho topografie (uprostřed) a naměřené gravitační gradienty při misi GRAIL (napravo). Oceán bouří je oblast pokrývající většinu Měsíce z tohoto pohledu. Na topografické mapě má modrou barvu. Nově objevené rifty jsou zřetelné na obrázku vpravo, kde tvoří přibližně kvaziobdélník. Zdroj: NASA/GSFC/JPL/Colorado School of Mines/MIT.

Zbývá tedy vysvětlit, kde se na Měsíci taková struktura vzala. K tomu velmi dobře posloužilo starší měření koncentrace thoriaThorium – druhý člen řady aktinoidů, radioaktivní kovový prvek. Díky velmi dlouhému poločasu rozpadu jader thoria nacházíme tento prvek v horninách zemské kůry v množství 8 až 12 mg/kg. Thorium je potenciálním palivem v jaderné energetice. Objevil jej již roku 1828 švédský chemik Jöns Jakob Berzelius a pojmenoval ho po Thórovi, bohu blesku ve skandinávské mytologii. v kůře Měsíce sondou Lunar ProspectorLunar Prospector – Sonda NASA, která po mnoha letech od programu Apollo měla za cíl zkoumat Měsíc. Od roku 1998 rok mapovala povrch Měsíce a měřila gravitační a magnetické pole. V lednu 1999 byla mise prodloužena o 7 měsíců. Po vyčerpání paliva byla loď v roce 1999 nasměrována do jednoho kráteru v blízkosti jižního pólu Měsíce. Dopadem se měl uvolnit pozorovatelný oblak vodní páry a potvrdit tak existenci vody na Měsíci. Nic takového se ale nestalo.. Její gamaspektrometr totiž v oblasti Oceánu bouří našel rozsáhlé území, které obsahuje zvýšené množství horniny nazvané KREEP. Ta obsahuje hodně draslíkuDraslík – Kalium, velmi důležitý a reaktivní prvek ze skupiny alkalických kovů, hojně zastoupený v zemské kůře, mořské vodě i živých organizmech. Draslík je měkký, lehký a stříbrolesklý kov, který lze krájet nožem. Volný kov se poprvé podařilo připravit roku 1807 siru Humphry Davymu. (K), vzácných zemin (REE – Rare Earth Elements) a fosforuFosfor – Phosphorus, nekovový chemický prvek, poměrně hojně se vyskytující v zemské kůře, který má zároveň důležitou roli i ve stavbě živých organizmů. Historicky byl fosfor poprvé izolován německým alchymistou Heningem Brandtem v roce 1669. Elementární fosfor se vyskytuje ve třech modifikacích – bílý, červený a černý fosfor. (P). Kromě nich obsahuje také vysoké koncentrace uranuUran (prvek) – radioaktivní chemický prvek, kov, patří mezi aktinoidy. Prvek objevil v roce 1789 Martin Heinrich Klaproth, v čisté formě byl uran izolován roku 1841 Eugene-Melchior Peligotem. Izotop 235 se využívá jako palivo v jaderných elektrárnách. Je pojmenován po planetě Uran. a thoriaThorium – druhý člen řady aktinoidů, radioaktivní kovový prvek. Díky velmi dlouhému poločasu rozpadu jader thoria nacházíme tento prvek v horninách zemské kůry v množství 8 až 12 mg/kg. Thorium je potenciálním palivem v jaderné energetice. Objevil jej již roku 1828 švédský chemik Jöns Jakob Berzelius a pojmenoval ho po Thórovi, bohu blesku ve skandinávské mytologii.. Vznik KREEPu sahá až do období formování Měsíce, kdy vychládal prvotní magmatický oceán, kterým byl povrch mladého Měsíce pokrytý. Kvůli svému složení při tuhnutí prvotního magmatického oceánu nemohl KREEP krystalizovat a díky své nízké hustotě zůstal u povrchu.

Gravitační gradient, topografie a koncetrace Th. Nalevo je Bouguerův gravitační gradient v polární projekci vystředěné na Oceán bouří. Písmeny a, b jsou označena místa, která byla dále analyzována. Černobílá kružnice rozděluje plný úhel po deseti stupních. Uprostřed je topografie Oceánu bouří v polární projekci. Černými čarami jsou naznačeny polohy nalezených riftů. Napravo je koncentrace thoria v Oceánu bouří zobrazená opět v polární projekci. Zdroj: [2].

Profily Bouguerovy gravitace a modely struktur v kůře ukazují rozdíly v tloušťce materiálu moří (tmavě šedá) a živcové kůry (světle šedá) pod dvěma místy označenými na předchozím obrázku. Zdroj: [2].

Vysoký obsah radioaktivních prvků, které vyvíjely teplo, měl za následek částečné roztání pláště ležícího pod kůrou. To vedlo k tektonickým pohybům kůry a vulkanizmu. Ten pak byl zdrojem magmatu, které zaplnilo přilehlá moře. Při následném ochlazování litosféry došlo ke vzniku riftů na okraji území bohatého na KREEPKREEP – měsíční hornina, která je bohatá na draslík (K), vzácné zeminy (RRE – Rare Earth Elements) a fosfor (P). Kromě nich obsahuje také vysoké koncentrace uranu a thoria. Kvůli svému složení při tuhnutí prvotního oceánu magmatu nemohla krystalizovat a díky své nízké hustotě zůstala u povrchu.. Jejich tvorbu doprovázel další vulkanizmus, který nová hluboká údolí vyplnil lávou, tak jak bylo zmíněno výše.

Autor děkuje Petru Brožovi za podnětné připomínky.

Odkazy