Selvisikö Kuun suurin ikämysteeri?
Nelisen miljardia vuotta sitten aurinkokunnan sisäosissa meno oli rajua. Kymmenien ja satojen kilometrien läpimittaisia kivenjärkäleitä risteili sinne tänne, törmäillen niin toisiinsa kuin planeettoihinkin.
Meidän kannaltamme tämä on erityisen kiinnostavaa, sillä tuolta ajalta ovat peräisin ensimmäiset viitteet elämän ilmestymisestä maapallolle. Mutta oliko elämä kehittynyt Maassa jo aiemmin joutuakseen vain aloittamaan homman alusta jättimäisen törmäyksen sterilisoitua planeettamme pinnan? Mikäli näin oli, ensimmäiset elämän merkit osoittaisivat ajankohdan, jolloin pahin moukarointi oli jo päättynyt ja elämä pääsi rauhassa jatkamaan evoluutiotaan.
Maapallolla esiintyi jo tuolloin nestemäistä vettä. Suurten törmäysten synnyttämä kuumuus sai lämpimät liuokset kiertelemään huokoisissa törmäyskivissä miljoonien vuosien ajan. Tarjolla oli vettä, lämpöä, ravinteita ja suojaa säteilyltä ja pienemmiltä meteoriiteilta, joten mikäpä siellä oli eliöidien lilluskella. Jättiläistörmäykset saattoivat siis varhaisessa Maassa olla paitsi orastavan elämän tuhoajia, myös sen mahdollistajia. Ja voihan olla, että elämä myös alkujaan saapui Maahan niiden mukana.
Emme tiedä tuolloin noin 4,0–3,8 miljardia vuotta (Ga) tapahtuneesta asteroidisateesta kovinkaan paljon. Oliko se vain aurinkokunnan syntyajoilta periytyvän pommituksen viimeinen, tasaisesti laskeva häntä? Vai läpäisikö tuolloin koko sisemmän aurinkokunnan niin sanottu myöhäinen raju pommitus? Vai oliko törmäysvuota kuvaava käyrä tasaisesti laskevan sijasta sahalaitainen, jossa vajaan neljän miljardin vuoden kohdalla oli viimeinen merkittävä piikki? Maapallolta tätä on äärimmäisen vaikea tutkia, koska noilta ajoilta ei juuri ole kiviä säilynyt.
Onneksi meillä on lähinaapurissa Kuu. Se on läpikäynyt käytännössä täysin saman törmäyshistorian kuin Maa. Toisin kuin Maassa, Kuussa ei ole laattatektoniikkaa ja voimakasta eroosiota tuhoamassa vanhoja kiviä. Tutkimalla kuunäytteitä tiedämme siis pääpiirteissään, mitä törmäysten osalta tapahtui samaan aikaan Maassa.
Idea Kuun kataklysmistä eli rajusta myöhäisestä pommituksesta syntyi Apollo-näytteitä tutkittaessa 1970-luvun alussa. Ikämääritysten tulokset tuppasivat kasautumaan noin 3,9 Ga:n kohdalle. Näytti siltä, että suuret törmäysaltaat olivat syntyneet hyvin lyhyen, eli korkeintaan parin sadan miljoonan vuoden aikana.
Suunnilleen kaiken Kuuta koskevan oleellisen tiedon oikein jo vuonna 1949 saanut Ralph Baldwin (1912–2010) esitti kuitenkin tuoreeltaan vuonna 1974, ettei mitään törmäyspiikkiä todellisuudessa ollut. Apollo- ja Luna-näytteiden iät heijastelevat hänen mukaansa ainoastaan sitä, että Kuun lähipuolen viimeisin törmäysallas, Imbrium, levitti heittelettään ympäri Kuuta. Kun tutkjat kuvittelivat mittaavansa useiden törmäysaltaiden ikiä, he todellisuudessa määrittivät yhä uudestaan ja uudestaan Imbriumin syntyhetkeä.1
Pääpiirteissään samassa tilanteessa ollaan oltu viimeiset 50 vuotta. Uutta väriä keskusteluun toivat kuitenkin aurinkokunnan kappaleiden liikkeitä tietokoneillaan tutkivat dynaamiset mallintajat. Kaksikymmentä vuotta sitten julkaistun Nizzan mallin ja sen lukuisten myöhempien muunnelmien pääidea on, että jättiläisplaneetat kiersivät välillä lähempänä ja välillä kauempana Auringosta, ja jopa niiden keskinäinen järjestys vaihteli. Tämän vetovoimavemputuksen seurauksena pienempienkin kappaleiden radat muuttuivat, minkä seurausta myöhäinen pommitus heidän mukaansa oli. Nizzan mallin parametreja muokkkailemalla saatiin myöhäisen pommituksen lisäksi selitettyä mukavasti moni muukin dynaamikkoja vaivannut asia, kuten Marsin, asteroidivyöhykkeen ja Kuiperin vyöhykkeen olemassaolo.
Vaikka Kuun törmäysaltaiden absoluuttiset eli vuosissa mitattavat iät ovatkin kiistanalaisa, ollaan useimpien suurten altaiden keskinäisistä ikäsuhteista enimmäkseen yksimielisiä. Esimerkiksi Kuun itäisellä pallonpuoliskolla näkyvä kaunis Nectariksen allas on vanhempi kuin lähipuolta hallitseva Imbriumin allas. Aivan lähipuolen länsireunalla haamuileva Orientalen allas taas on vielä Imbriumiakin nuorempi. Näiden kolmen altaan heittelekerrokset muodostavat Kuun ajanlaskun tärkeimmät rajapyykit.
Kuun altaista vanhin ja samalla suurin on etelänavan tuntumasta kauas Maahan näkymättömälle etäpuolelle kurottava South Pole – Aitkenin allas (SPA). Se on valtaisa, noin 2500 km:n (tai 2000 × 1500 km:n) läpimittainen kuoppa, joka eroaa koostumukseltaan muusta Kuun pinnasta. Sen vaikutuksista myöhempään Kuun geologiseen kehitykseen on esitetty lukuisia erilaisia teorioita.
Näytteiden saaminen SPA:sta on ollut vuosikymmenten mittainen unelma. SPA:n tärkeys on tunnettu jo Apollo-aikakaudelta alkaen, mutta lopullisesti sen merkitys koko Kuun kehityksen kannalta kirkastui 1990-luvun puolivälissä. Ensin Clementine- ja sitten Lunar Prospector -luotainten tekemät kaukokartoitusmittaukset osoittivat, että SPA:n seutu on koostumukseltaan aivan erilaista kuin Apollo- ja Luna-lennoilla tuotujen näytteiden edustama Kuun lähipuoli.
Näytteiden saaminen SPA:sta muodostui monien tutkijoiden, etenkin alaa 1960-luvun alusta asti hallinneiden amerikkalaisten mielestä kuututkimuksen tärkeimmäksi tavoitteeksi. Amerikkalaisilla on fiksu tapa tehdä laajoja kansallisia selvityksiä siitä, millaiseen tutkimukseen verodollareita tutkimusyhteisön mielestä kannattaisi käyttää. Nämä Decadal Survey -raportit antavat suositukset rahoitettavista hankkeista seuraavalle kymmenvuotiskaudelle.2 SPA:n näytteenhakulento löytyykin kuututkimuksen kärkitavoitteena niin vuosien 2003, 2011 kuin 2023:kin raporteista. Samaan tulokseen päädyttiin vuoden 2007 vain Kuuhun keskittyneessä The Scientific Context for the Exploration of the Moon -selvityksessä.
Euroopan avaruusjärjestö ESA on tuttuun tapaan omassa vuoden 2019 kuustrategiassaan amerikkalaisia epämääräisempi eikä mainitse South Pole – Aitkenia nimeltä. Mutta niin vain sieltäkin löytyy mainittuna tarve saada näytteitä vanhimmista altaista, ja sisemmän aurinkokunnan aikajanan ja pommitushistorian selvittäminen on ratkaistavien kysymysten listan kärjessä. On siis selvää, että ainakin länsimaisten tutkijoiden mielestä näytteiden saaminen SPA:sta on kuututkimuksen tärkeimpiä tavoitteita.
Meteoriitteja SPA:sta?
Jo 1980-luvulta alkaen on tiedetty, etteivät tuhottoman kalliit avaruuslennot ole ainoa tapa saada kivinäytteitä Kuusta. Luontoäiti nimittäin toimittaa jatkuvasti Kuusta peräisin olevia murikoita tutkittavaksemme ihan ilmaiseksi. Tämä johtuu siitä, että asteroidien tavallinen törmäysnopeus on huomattavasti suurempi kuin pakonopeus Kuun pinnalta. Näin ollen törmäyskraattereiden syntyessä roiskahtavasta heitteleestä osa karkaa avaruuteen. Aikojen saatossa iso osa siitä syöksyy Aurinkoon tai aikansa kierreltyään mäjähtää takaisin Kuuhun, mutta eräät kappaleet putoavat myös Maahan. Silloin tällöin joku harva niistä löydetäänkin. Tätä kirjoittaessani virallisia kuumeteoriitteja tunnetaan 733.
Tutkimuksen kannalta kuumeteoriittien suurin ongelma on, ettei niiden lähtöpaikkaa tiedetä. Taivaanmekaniikan kummallisuuksien vuoksi joiltain Kuun alueilta meteoriittien on todennäköisempää päätyä Maahan kuin toisilta, mutta yksittäinen meteoriitti voi olla peräisin ihan mistä päin Kuuta hyvänsä. Ennen aikakoneen keksimistä lähtöpaikkaa ei siis koskaan pystytä varmuudella selvittämään. Vertailemalla meteoriitin kemiallista koostumusta kaukokartoitusaineistoiden perusteella määritettyyn pintakoostumukseen, pinnan ikään ja mahdollisiin lähtökraattereihin voi kuitenkin tehdä hyvinkin valistuneita arvauksia. Lähiaikojen kiinnostavin tällainen tutkimus julkaistiin viime syksynä Nature Astronomy -lehdessä. Katie Joyn johdolla tutkittu meteoriitti Northwest Africa (NWA) 2995 löydettiin Algeriasta vuonna 2005. Se ja kymmenkunta muuta meteoriittia muodostavat NWA 2995 -klaanin, jonka on aiemminkin arveltu olevan lähtöisin South Pole – Aitkenin törmäysaltaasta. Nyt siitä saatiin aiempaa vahvempia todisteita.
NWA 2995 on monen muun kuumeteoriitin tavoin regoliittibreksia. Se on siis Kuun sekalaisesta pinta-aineksesta yhteenpuristettu kivi, jossa on kappaleita sieltä sun täältä. Osa NWA 2995:n kivilajikappaleista ja mineraaleista on selvästi kiteytynyt erittäin suuren törmäyksen synnyttämässä törmäyssulakerroksessa tai on suuren törmäyksen muokkaamia.
Joy ja kumppanit tekivät näistä törmäyssulakiven kappaleista useita ikämäärityksiä eri mineraaleista ja eri laboratorioissa. Tulokset antoivat nätisti yhtäpitäviä tuloksia: törmäyssulakiven ikä on noin 4,33 miljardia vuotta. Tämä on selvästi enemmän kuin myöhäisen pommituksen ikä. Vertailtaessa NWA 2995:n koostumusta Lunar Prospectorin mittaamaan Kuun pintakoostumukseen, löytyi mahdollisia lähtöalueita niin lähipuolelta kuin SPA:n sisältäkin. Kun lisäkriteeriksi otettiin geologisissa kartoituksissa määritetty alueen vanha ikä, jäljelle jäi kuitenkin vain kaksi vaihtoehtoa. Ne molemmat ovat SPA:n sisällä, Cabannes ja Cabannes Q -kraatterien välimaastossa.
Jos siis Joy kollegoineen on oikeassa, NWA 2995 on peräisin SPA:sta, jonka ikä on noin 4,33 miljardia vuotta. Se olisi siis huomattavasti myöhäistä pommitusta vanhempi. Täyttä varmuutta asiasta ei kuitenkaan voida saada.
Samaan aikaan Kiinassa
Kiinalaisten kuuohjelma on ollut ällistyttävän menestyksekäs: yksikään heidän kuuluotaimistaan ei ole epäonnistunut päätehtävässään. Kesällä 2024 Chang’e-6 onnistui tuomaan vajaat kaksi kiloa Kuun pintaregoliittia noin 520-kilometrisen Apollon keskusrengasaltaan sisältä, sen eteläiselta mare-basalttien peittämältä alueelta. Apollo puolestaan on SPA:n sisällä. Nämä olivat ensimmäiset koskaan Maahan tuodut näytteet Kuun etäpuolelta. Ennen kiinalaisia kukaan ei ollut edes rohjennut yrittää moista.
Nyt maaliskuussa julkaistiin National Science Review -lehdessä Bin Sun johtaman tutkijaporukan kirjoittama kiitettävän lyhyt ja ytimekäs artikkeli South Pole–Aitken massive impact 4.25 billion years ago revealed by Chang’e-6 samples. Su kumppaneineen löysi Chang’e-6:n näytteistä 15 kivilajikappaletta, joissa oli törmäyssulakiville tyypillinen tekstuuri, vähän helposti haihtuvia alkuaineita kuten massiiviselle törmäyssulakivelle kuuluukin, sekä törmänneen kappaleen kontaminaatiosta kielivä korkea nikkelin ja koboltin suhde. Kivilajikappaleiden kemia viittasi siihen, että mukana oli merkittävä määrä Kuun vaipasta peräisin olevaa ainesta. Kaikki tämä kuulostaa siltä miltä SPA:n törmäyssulakiven kuvauksen pitäisikin.
Su ja kumppanit ajoittivat lyijy–lyijy-menetelmällä useita eri törmäyssulakiven mineraaleja. Yhdestätoista törmäyssulakiven kappaleesta saatiin iäksi 3,873 ± 8 Ga. Viisi kappaletta antoi kuitenkin huomattavasti vanhemman iän, 4,247 ± 5 Ga.
Kiinalaistutkijoiden tulkinta on hyvin looginen. Nuorempi ikä, noin 3,87 Ga, on heidän mukaansa todennäköisimmin Apollon törmäysaltaan ikä. Pois ei voida kuitenkaan sulkea kohtalaisen lähellä sijaitsevia Orientalen, Korolevin tai Schrödingerin altaita.
Vanhempi ikä, noin 4,25 Ga, puolestaan on heidän mukaansa se mitä kuututkijat ympäri maailman ovat vuosikymmeniä etsineet: South Pole – Aitkenin törmäysaltaan ikä, joka on määritetty tunnetusta paikasta altaan sisältä tuoduista näytteistä.
4,25 miljardia vuotta, tietysti aivan samoin kuin Joyn vetämän ryhmän 4,33 miljardia vuotta, on tuntuvasti vanhempi ikä kuin perinteinen rajun myöhäisen pommituksen iäksi esitetty 3,9–4,0 miljardia vuotta. Näin ollen kaikkein tiukimmat kataklysmitulkinnat voidaan sulkea pois. Kaikki Kuun näkyvät törmäysaltaat eivät siis syntyneet geologisesti hyvin lyhyen ajan kuluessa. Aurinkokunnan sisäosien läpi ei pyyhkäissyt asteroidimyrskyä. Dynaamikot saavat palata säätämään tietokonemalliensa parametreja.
Onko Graalin malja nyt siis lopultakin varmasti löytynyt? Voidaanko amerikkalaisten vuosikymmeniä hiomat suunnitelmat SPA:n näytteenhakulennoista haudata vanhentuneina? Ei välttämättä. Sun tutkimusryhmän ongelma on lähinnä näytteenhakupaikka, viralliselta nimeltään Statio Tianjiang. Se on periaatteessa ihan tavallista mare-basalttitasankoa. Geologisissa kartoissa ei ole lähimaillakaan mitään kivilajiyksikköä, jonka voisi nyt sanoa olevan iältään 4,25 Ga ja jonka voisi väittää muodostuneen South Pole – Aitkenin törmäysaltaan syntyessä. Kyseessä on vain SPA:n törmäystä paljon nuorempi pinta-aines, johon jokin tuntematon pienempi törmäys on jostain satunnaisesta paikasta lennättänyt kappaleita SPA:n törmäyssulakiveä. Näin siis jos Sun ja kumppaneiden tulkinta on oikea.
Tilanne on jossain määrin erilainen kuin Apollo-näytteiden kohdalla. Astronautit lähetettiin tutkimaan tiettyjä kivilajiyksiköitä, joiden iästä ja alkuperästä haluttiin parempi selko, mutta joilla kuitenkin kartoitushavaintojen perusteella tiedettiin (tai oletettiin – usein väärin) olevan jokin yhteys tutkittavana olevaan ongelmaan. Esimerkiksi Apollo 12 laskeutui suunnitellusti kohtaan, jonka poikki kulki Copernicuksesta peräisin oleva kirkas heittelesäde. Pete Conrad (1930–1999) ja Al Bean (1932–2018) löysivätkin kenttätutkimuksissaan kaivatun vaalean kerrostuman. Sen yksityiskohdista tietysti yhä kiistellään, mutta yleensä sen oletetaan edustavan Copernicuksen heittelettä ja siitä määritetyn noin 800 miljoonan vuoden iän kertovan Copernicuksen syntyajankohdan. Copernicuksen heittelekerros muodostaa nyt siis laajan aikahorisontin: heitteleen alla olevat kerrostumat ovat vanhempia kuin 800 miljoonaa vuotta, sen päällä olevat tai sitä leikkaavat muodostumat ja rakenteet puolestaan nuorempia. Kätevää.
Joyn tutkimusryhmän tuloksissa on samanlainen logiikka. Jos oletetaan heidän tulkintojensa osuvan oikeaan, Cabannes-kraatteria ympäröivä ikivanha kivilajiyksikkö on Cabanneksen esiin kaivamaa SPA:n törmäyssulakiveä (tai jotain jo kierrätettyä kiveä, joka kuitenkin sisältää merkittävästi SPA:n sula-ainesta). Tuon kivilajiyksikön ikä on 4,33 Ga. Chang’e-6:n näytteiden kohdalla taas tällaista enemmän tai vähemmän selkeää yhteyttä analysoitujen kivilajikappaleiden ja geologisilla kartoilla esiintyvien kivilajiyksiköiden välillä ei ole.
Vaikka Chang’e-6:n näytteiden geologinen konteksti onkin osin hämärän peitossa, uudet tulokset ovat silti erittäin merkittäviä. Tutkitut Chang’e-6:n näytteet ovat SPA:n sisältä löydettyjä törmäyssulakiviä ja niiden ikä on 4,25 Ga (kun oletetaan, ettei analyyseissä ja tulkinnoissa ole tehty virheitä). Helpoin tapa selittää tämä on, että SPA:n ikä on 4,25 Ga ja että törmäyssulakiven kappaleet päätyivät paljon nuoremman (ehkä noin 3,7–2,4 Ga) mare-basaltin päälle jonkun melko tuoreen törmäyksen singotessa ne sinne jostain kauempaa. Occamin partaveitsen ja käytännön kokemuksen mukaan yksinkertaisin selitys tuppaa usein olemaan oikea.
Tieteellisten tulosten lisäksi Sun ryhmän artikkelissa on ollut kiinnostavaa seurata sen aiheuttamaa reaktiota tiedemediassa ja kuututkijoiden parissa. Sitä ei nimittäin ole ollut. Kuten tavataan sanoa, hiljaisuus on ollut korviahuumaavaa. Kuutoimittaja Jatan Mehtan lisäksi tutummista tiedemedioista uutiseen tarttuivat lähinnä vain Phys.org, EurekAlert!, ja Tähdet ja Avaruus -lehden verkkouutiset. Poissaolollaan loistavat perinteiset uutistoimistot ja tiedemediat, joiden jutuissa haastateltaisiin jotain kyseiseen artikkeliin osallistumatonta mutta aiheen kuitenkin tuntevaa tutkijaa löydön uskottavuudesta ja merkityksestä.
Jos Chang’e-6 olisikin ollut NASAn lento, SPA:n ikätutkimuksista olisi julkaistu samaan aikaan vähintään kolme artikkelia, juttu olisi päätynyt Sciencen kanteen, ja NASAn mediamylly olisi pyörinyt täysillä. Kukaan kuuasioita vähänkään seuraava ei olisi voinut välttyä kuulemasta siitä. Kiinalaistutkijat kuitenkin julkaisivat artikkelinsa omassa, joskin läntisen kustantajan tekemässä lehdessään,3 jonka uusista artikkeleista harvalle kuututkijalle kilahtaa kännykkään tai sähköpostiin ilmoitus. Kiinalaisten omat uutiset eivät nekään kovin laajalti lännessä leviä.
Monia asian parissa vuosikymmeniä työskennelleitä ja lukemattomia luotainhankehakemuksia tehtailleita amerikkalaistutkijoita varmasti sapettaa, etteivät sikäläiset päättäjät halunneet rahoittaa SPA:n näytteenhakulentoa. Kiinalaiset sen sijaan menivät ja hoitivat homman, ihan tuosta vaan. Vähemmästäkin turhautuu. Toisaalta useimmilla amerikkalaistutkijoilla on tällä hetkellä paljon tärkeämpääkin mietittävää, kun tutkijoita irtisanotaan tuhansittain eikä kukaan voi olla varma työpaikkansa tai jo myönnetyn apurahansa tulevaisuudesta. Koko Yhdysvaltain tiedeyhteisö ja kuututkimus sen mukana on juuri nyt ottamassa valtaisaa loikkaa taaksepäin. Siinä ei välttämättä paljon SPA:n ikä jaksa kiinnostaa.
Jos läntisessä maailmassa kuitenkin jonkinlainen yhteiskuntarauha ja tieteellinen tutkimus säilyvät, lähivuosina varmasti kuullaan myös muiden kuin kiinalaistutkijoiden tulkintoja SPA:n iästä Chang’e-6:n näytteisiin perustuen. Apollo- ja Luna-ajoista lähtien kuututkijat ovat jakaneet näytteitään ympäri maailmaa, ja kiinalaiset ovat sitoutuneet jatkamaan tätä kaunista perinnettä. Näin tehtiin Chang’e-5:n näytteiden kanssakin, ja siitä tietenkin saatiin iso juttu Scienceen, ihan ansaitusti. Näin varmasti käy Chang’e-6:n kanssakin.
Sitä odotellessa voi kuitenkin olla syytä hiljalleen totuttautua ajatukseen, että aurinkokunnan suurimman törmäysaltaan ikä lienee 4,25 miljardia vuotta tai enemmän, ja että viisikymmentä vuotta hengissä pysytellyt ajatus sisemmän aurinkokunnan läpäisseestä rajusta myöhäisestä asteroidipommituksesta taisi olla pielessä.
1Vaikkei asiaa nykyään yleensä muistetakaan (luultavasti siksi, ettei kukaan oikeasti lue artikkeleihin listaamiaan lähteitä), on syytä panna merkille, että alkujaan kataklysmi-idean esitelleet Caltechin Lunatic Asylumin tutkijatkin pitivät Imbriumin kontaminaatiota täysin mahdollisena selitysvaihtoehtona. Todisteeksi siitä siteeraan heidän vuoden 1973 kokousabstraktinsa mainioita viimeisiä lauseita:
”Either the Imbrium blanket has dominated all the materials so far studied or we must conclude that the major impacts peaked in a relatively short period near 4.0AE. It must in any event have been quite a show from the Earth assuming you had a really good bunker to watch from.”
2Ongelma on sitten siinä, että lopulliset päätökset ovat tietenkin poliittisia. Rahaa ei ole koskaan riittävästi, ja usein poliitikot tekevät myös aivan päinvastoin kuin tutkijat ovat toivoneet. Räikein mieleeni muistuva esimerkki tällaisesta on NASAn sinänsä tieteellisesti arvokasta ja innostavaa tutkimusmatkaa taittava Perseverance-mönkijä Marsissa. Mars-tutkijat nimenomaan eivät halunneet vielä yhtä mönkijää, mutta sellaisen he kuitenkin saivat.
3Joku asiaan perehtymätön kyynikko voi tietysti nyt huudella, että kun tutkimus on julkaistu kiinalaisten omassa suht tuntemattomassa lehdessä, se on epäilemättä soopaa. Artikkelin esitarkastajista kuitenkin kaksi on erittäin arvostettuja alan (läntisiä) asiantuntijoita. Vaikka artikkelien vertaisarviointi ei todellakaan ole totuuden tae, itse en jaksa uskoa, että he tällaisessa merkkitapauksessa päästäisivät ihan mitä sattuu huuhaata seulansa läpi.