Chang’e 6 ja Kuun etäpuolen näytteet
Viime tiistaina 25.6.2024 toteutui monen kuututkijan monikymmenvuotinen unelma: tunnetusta kohdasta Kuun Maahan näkymättömältä etäpuolelta saatiin ensimmäistä kertaa näytteitä analysoitavaksi. Planeettageologit ympäri maailman ovat tietysti vilpittämästi ylistäneet saavutusta. Minkäänlaista epäilystä ei tosin ole siitäkään, että moni amerikkalaistutkija harmitteli mielessään, että nuo 1935 grammaa korvaamattoman arvokkaita kuukiviä laskeutuivat Sisä-Mongolian arolle. Saavutuksesta nimittäin vastasi Kiinan kuuluotain Chang’e 6.
Kiinan nousu kuu- ja planeettatutkimuksen mahtimaaksi
Neuvostoliitto hallitsi suurvaltojen kilpajuoksua Kuuhun 1950-luvun lopussa ja 1960-luvun alussa. Sen jälkeen kuulentojen kiistaton ykkönen oli Yhdysvallat. Viimeistään vuonna 2013 laskeutuneen Kiinan Chang’e 3 -aluksen ja sen Yutu-mönkijän myötä kävi kuitenkin selväksi, että Kiina otti johtoaseman kuunpinnalla tapahtuvassa tutkimuksessa. Millään muulla valtiolla tai yksityisellä taholla ei ole ollut poliittista tahtoa ja sen tuomaa rahavirtaa kuulaskeutujien, -mönkijöiden ja -näytteenhakulentojen rakentamiseen ja operoimiseen. Valtaosa muista avaruustoimijoista on saanut Kuun pinnalle lähinnä vain romua tai eriasteisesti rähmälleen päätyneitä laskeutujia, joiden tieteellinen anti on jäänyt luvalla sanoen köyhänlaiseksi.
Yhdysvaltain avaruushallinto on sillä välin puolitehoisesti panostanut astronauttien paluuseen Kuun pinnalle. Jatkuvista viivästyksistä kärsineen Artemis-ohjelman pitäisi nykysuunnitelmien mukaan saada astronautit Kuun etelänavan tuntumaan alkusyksyllä 2026. Puolitoista vuotta sitten valtionhallinnon tarkastuksessa tosin pidettiin vuoden 2027 alkupuoliskoa todennäköisenä laukaisuajankohtana.
Muiden maiden ja yritysten kompastellessa Kiina on seilannut voitosta voittoon. Chang’e 4 ja Yutu 2 -mönkijä onnistuivat ensimmäisessä pehmeässä laskeutumisessa Kuun etäpuolelle tammikuussa 2019. Molemmat ovat ainakin virallisen tiedon mukaan yhä toiminnassa.
Chang’e 5 puolestaan toi joulukuussa 2020 Maahan ensimmäiset kuunäytteet sitten vuoden 1976. Ja nyt, kesäkuussa 2024 Chang’e 6 toi siis kauan kaivatut ensimmäiset etäpuolen näytteet Maahan. Kokonaissaavutuksen vaikuttavuutta korostaa, ettei yksikään Kiinan kuualuksista ole epäonnistunut. Lisäksi samaan aikaan Kiina on saanut myös mönkijän ajelemaan Marsin pinnalla ja rakentanut avaruusasemia Maan kiertoradalle. Itseäni ei ainakaan yllättäisi laisinkaan, mikäli Yhdysvaltain ja Euroopan soutaminen ja huopaaminen möhkötaudista kärsivän Marsin näytteenhakulennon parissa johtaisi siihen, että ensimmäiset Mars-näytteet maapallolle tuokin länsimaiden yhteenliittymän sijasta Kiina.
Chang’e 6:n laskeutumisalue, eli mitä näytteiltä odotetaan?
Chang’e 6 kyydissään länsimedian yllättänyt Jinchan-minimönkijä laukaistiin kohti kuuta 3.5.2024. Laskeutuminen tapahtui 1.6. noin 50-metrisen kuluneen kraatterin reunalle Apollon törmäysaltaan eteläosaan. NASAn Lunar Reconnaisance Orbiter Cameran tutkijoiden mukaan laskeutumispaikan koordinaatit ovat 41,6385° eteläistä leveyttä ja 206,0148° itäistä pituutta. Kaksi päivää myöhemmin pari kiloa kuukiviä oli kairattu ja kauhaistu mukaan, joten nousumoduuliin pakatut näytteet ampaisivat Kuun kiertoradalle 3.6.2024. Siellä nousumoduuli telakoitui paluualuksen kanssa 6.6. ja siirsi näytteet siihen. Ja kuten todettua, näytteet saapuivat Maahan 25.6.2024.
Mutta millainen Chang’e 6:n laskeutumisalue oikeastaan on, ja miksi näytteiden saaminen sieltä on kuututkijoiden mielestä niin kiinnostavaa?
Kuun lähi- ja etäpuolet eroavat toisistaan monin eri tavoin. Näkyvin ero on, että lähipuolen törmäysaltaat ovat suurimmalta osin myöhemmin täyttyneet basalttisilla laavoilla, mutta etäpuolella näin ei pääsääntöisesti ole tapahtunut. Syynä tähän on lähinnä se, että Kuun lähipuolen kuori on merkittävästi ohuempi kuin etäpuolella. Eron synty lienee tavalla tai toisella yhteydessä Kuun ja Maan välisiin vuorovesivoimiin hyvin varhain Kuun synnyn jälkeen, mutta syyn ja seurauksen suhteista ei olla yksimielisiä.
Kuun lähipuolen kivilajien kemiallinen koostumus on myös erilainen kuin etäpuolella. Suurin osa lähipuolen kivistä niin merillä kuin vaaleilla ylängöilläkin sisältää selvästi enemmän kaliumia (kemiallinen merkki K), harvinaisia maametalleja (engl. rare earth elements, REE) ja fosforia (P) kuin etäpuolen kivet. Harvinaisista maametalleista radioaktiivinen torium on yksi runsaasti KREEP-rikkaiden kivien tunnusomaisimmista alkuaineista. Suurempaa kaliumin ja toriumin tapaisten radioaktiivisten aineiden määrää on arveltu yhdeksi syyksi siihen, miksi Kuun lähipuolella on ollut vulkaanista toimintaa enemmän ja paljon pidempään kuin etäpuolella.
Lännessä KREEP-alue seurailee Kuun suurimman merialueen, Myrskyjen valtameren eli Oceanus Procellarumin rantoja. Geologien kielenkäytössä lähipuolen KREEP-rikas alue tunnetaankin nimellä Procellarum KREEP Terrane, eli PKT. Sen synty ja olemus on yksi kuututkimuksen visaisimpia pulmia. Sen aiheuttajana saattoi olla törmäys tai vulkanismi, tai vulkanismi jonka käynnisti törmäys.
Ongelmallista PKT:ssä muun kuututkimuksen kannalta on, että Imbriumin törmäysaltaan muodostuminen levitti KREEP-ainesta ympäriinsä, mukaan lukien kaikki Apollo- ja Luna-näytteenhakupaikat. Chang’e 6:n ansiosta tutkijoilla on nyt käytettävissään näytteitä mahdollisimman kaukaa PKT:n ydinalueilta. Näiden KREEP-aineksella ”saastumattomien” näytteiden myötä käsitykset lähi- ja etäpuolten perustavanlaatuisesta geokemiallisesta erilaisuudesta varmasti täsmentyvät merkittävästi.
Ei ollut sattumaa eikä amerikkalaisia kohtaan suuntautunutta ilkeilyä, että Chang’e 6:n laskeutumispaikaksi valikoitui juuri Apollon allas. Apollo on noin 500 km:n läpimittainen kaksirenkainen törmäysallas, jonka eteläisen reunan tuntumassa on laajahko mare-basalttien muodostama tasanko. Aiemmissa tutkimuksissa sen oli arveltu olevan iältään 3,63–2,44 miljardia vuotta. Vuosi sitten Nature Astronomy –lehdessä ilmestyneessä artikkelissaan Landing site of the Chang’e-6 lunar farside sample return mission from the Apollo basin Xingguo Zeng kollegoineen sai kraatterilaskuihin perustuvalla iänmäärityksellä nipistettyä iästä vielä hieman pois. Tällä hetkellä paras arvio Chang’e 6:n laskeutumisalueen basalttien iäksi onkin 2,40 miljardia vuotta. Ei tämä toki Kuun nuorinta tuliperäistä toimintaa tai edes viimeiseimpiä mare-basaltteja edusta, mutta vallankin Kuun etäpuolen mittapuulla erittäin tuoretta vulkanismia kuitenkin. Vaan miten vulkanismi ylipäätään oli mahdollista näin myöhään alueella, jossa ei ollut ”ylimääräisen” radioaktiivisuuden tuottamaa lämpöä tarjolla? Chang’e 6:n näytteiden tutkimisen jälkeen toivottavasti tiedämme asiasta enemmän.
Chang’e 6:n laskeutumispaikka sijaitsee kahden eri basalttiyksikön rajalla. Yli miljardi vuotta vanhemmalle kolmannelle basalttiyksiköllekään ei ole matkaa kuin vajaat 10 km. Siksi on erittäin todennäköistä, että törmäyskraattereiden heitteleen mukana Chang’e 6:n lastiin päätyi pieni määrä hitusia useammasta eri ikäisestä laavapurkauksesta.
Eri-ikäiset pinnalle purkautuneet tuliperäiset kivet ovat yksi tärkeimmistä tavoista yrittää ymmärtää Kuun sisäistä kehitystä. Silti Apollon altaan basaltit tuskin olivat tärkein syy lähettää Chang’e 6 hakemaan historialliset ensimmäiset etäpuolen näytteet nimenomaan sieltä. Vaa’assa painoi varmasti enemmän, että Apollo sijaitsee South Pole – Aitkenin (SPA) törmäysaltaan sisällä.
Noin 2400 km:n läpimittainen SPA on aurinkokuntamme suurin yleisesti törmäysaltaaksi tunnustettu rakenne. Se voi olla myös vanhin. SPA on saattanut tavalla tai toisella olla syypää melko tarkoin Kuun vastakkaisella puolella sijaitsevan Procellarum KREEP Terranen synnylle.
Lisäksi SPA:n synnyttänyt törmäys oli niin valtaisa, että se todennäköisesti toi pintaan kiveä Kuun vaipasta saakka. Sellaisiin näytteisiin geologit nimenomaan haluaisivat päästä käsiksi, sillä planeettojen kuoret ovat vain ohut ja tietyssä mielessä jopa harhaanjohtava pintasilaus. Jos haluaa oikeasti ymmärtää, miten planeetat toimivat ja mistä ne koostuvat, pitää tavalla tai toisella päästä käsiksi vaipan kiviainekseen. Syvälle kaivautunut SPA on helpoimmin käytettävissä oleva keino saada näytteitä Kuun vaipasta.
Maapallon tavoin Kuun vaipan on perinteisesti ajateltu koostuvan suurelta osin oliviini-nimisestä mineraalista. Spektroskooppisesti sitä on kuitenkin nähty SPA:n ympäristössä hyvin niukasti. Törmäysmallintajat ovatkin pyrkineet etsimään tapoja, joilla saadaan syntymään valtavan kokoinen törmäysallas, joka ei kuitenkaan ole erityisen syvä. Tällä hetkellä varmaa ratkaisua ei ole. Joko törmäyksessä oli jotain outoa, tai perinteiset mallit Kuun vaipan koostumuksesta ovat pielessä. Viikko sitten Maahan saadut näytteet voivat selvittää tämänkin ongelman.
Chang’e 6:n laskeutuminen Apollon altaaseen on tosin itse asiassa hieman ongelmallinen tapaus vaipasta peräisin olevien näytteiden saamisen kannalta. Apollo on nimittäin niin iso, että se todennäköisesti läpäisi koko SPA:n heittelekerroksen ja levitti SPA:n heitteleen kauas ympäristöön.1 Jonkun pienemmän SPA:n pohjalle syntyneen kraatterin reunalla olisi todennäköisesti tarjolla enemmän SPA:n heittelettä. Jonkin verran sitä kuitenkin lienee Chang’e 6:n laskeutumispaikallakin, sillä ympäristöön tapahtuneet pienemmät törmäykset ovat epäilemättä toimittaneet sitä takaisin.
Chang’e 6:n näytteistä toivottavasti löytyvä SPA:n heittele voikin olla kokenut pelkän SPA:n törmäyksen lisäksi Apollon törmäyksen, sekä jonkin pienemmän törmäyksen, joka sitten toimitti sitä takaisin Apollon altaan pohjalle. 1960- ja 70-luvuilla Kuusta kerätyt näytteet ovat opettaneet, että tällaisen monivaiheisen höykytyksen kokeneista kivistä voidaan yhä saada irti vanhimman törmäyksen ikä.
Planeettojen pintojen ja niiltä saatujen kivinäytteiden iänmääritys on aihe, johon palaan näissä blogijutuissani tuon tuostakin. Se on geologian tutkimuksen ytimessä, joten ei aiheen käsittelyä oikein voi välttääkään.
Kuu suo meille mahdollisuudet ymmärtää koko aurinkokunnan (sisäosien) geologisen historian aikaskaala. Nyt Chang’e 6:n näytteiden myötä meillä on ensi kertaa todellinen tilaisuus ratkaista tämä ongelma. Koska SPA on suurin ja luultavasti vanhin vielä havaittavissa oleva törmäysallas, on sen iän luotettava määritys tärkein yksittäinen asia, joka Chang’e 6:n näytteistä toivotaan saatavan selville. Muodostuiko SPA pian noin 4,5 miljardia vuotta sitten tapahtuneen Kuun synnyn jälkeen? Vai aloittiko se niin sanotun myöhäisen rajun asteroidipommituksen (engl. late heavy bombardment, LHB)nelisen miljardia vuotta sitten? Onko monesti mainittu noin 4,3 miljardin vuoden ikä todellakin SPA:n syntyikä?
Apollon allas on selvästi SPA:ta nuorempi, koska se syntyi sen sisään ja on paljon paremmin säilynyt. Vaan kuinka paljon niillä on ikäeroa? Jos ikäero on suhteellisen pieni, LHB oli epäilemättä todellinen ilmiö. Silloin lähipuolten altaidenkin neljän miljardin vuoden tuntumassa olevat ikämääritykset ovat luultavasti kohtalaisen oikeaan osuneita, eivätkä ne kaikki ole pelkästään yhä uudestaan ja uudestaan mitattuja Imbriumin altaan heitteleen ikiä. Suuri ikäero taas viittaisi siihen, että LHB on ainoastaan virheellinen tulkinta ja tilastoharha, ja todellisuudessa sisemmän aurinkokunnan törmäysvuo laski suhteellisen tasaisesti ilman outoja rykäisyjä.
Myöhäisen pommituksen on raportoitu näkyvän myös muilla planeetoilla ja meteoriittinäytteiden ikämäärityksissä. Chang’e 6:n kuunäytteiden tulevien ikämääritysten merkitystä miettiessä onkin pidettävä mielessä, että niin kauan kuin kiinalaiset tai kenties NASA ja Euroopan avaruusjärjestö ESA eivät ole saaneet tuotua näytteitä Marsista, käsityksemme muiden planeettojen pintojen ikämäärityksistä on täysin riippuvainen kuunäytteistä analysoitujen isotooppi-ikien vertailusta kraatterilaskuista saatuihin malli-ikiin. Jos Chang’e 6:n näytteet antaisivat yksiselitteiset iät SPA:lle, Apollolle, sekä nuorelle ja vanhalle etäpuolen mare-vulkanismille, näkyisivät vaikutukset myös muiden planeettojen pintojen aikaskaaloissa.
LHB:n perimmäiseksi syyksi esitetään yleensä jättiläisplaneettojen vaelluksia lähemmäksi ja kauemmaksi Auringosta. Niitä mallintaville dynaamikoille LHB:n ikä ja olemassaolo ovat keskeisiä opinkappaleita. Myös maapallon elämän kehitykselle ja siis meidän kaikkien olemassaolollemme LHB:llä oli kenties erittäinkin suuri vaikutus. Siksi myös Maan varhaisinta elämää tutkivien olisi syytä olla innoissaan Chang’e 6:n näytteistä ja niiden suomista mahdollisuuksista.
Emme vielä voi tietää, mitä Chang’e 6:n näytteet Kuun etäpuolelta lopulta paljastavat. Ensimmäisiä vertaisarvioituja tuloksia saamme varmasti jo loppuvuoden aikana. Kahdessa kilossa etäpuolen kiviä riittää onneksi tutkittavaa vuosiksi ja vuosikymmeniksi.
Parhaassa tapauksessa Chang’e 6:n näytteet voisivat siis ratkaista ei ainoastaan Kuun vaan koko aurinkokunnan kehityksen kiinnostavimpia kysymyksiä. Tulosten vaikutukset ulottuvat siten paljon laajemmalle kuin ”vain” kuututkijoiden reviirille. Niinpä ei ole kaukaa haettua, että Chang’e 6 osoittautuu 2000-luvun tähän mennessä tärkeimmäksi planeettalennoksi.
1Kannattaa muistaa kraatteroitumisen perusteista, että heittelettä ei ole vain lopullisen kraatterin reunan ulkopuolella vaan myös sen sisäpuolella, sillä kompleksikraatterien ja törmäysaltaiden lopullisesta läpimitasta suuri osa syntyy romahtamalla, ja ennen romahtamistaan tämä alue oli juuri saanut niskaansa paksun kerroksen heittelettä.