Vaippa hukassa?
Apollo-lennoilla astronautit toivat Maahan 382 kg kuunäytteitä. Kaksi ja puoli vuotta sitten kiinalaislaskeutuja Chang’e-5 puolestaan onnistui haalimaan tutkijoiden iloksi 1,7 kg kiviä. Näitä täydentävät maapallolta tähän mennessä löydetyt 621 kuumeteoriittia. Niiden kokonaismassa on toista tonnia, mutta tutkimuksen kannalta niiden ikävä puoli on, että toisin kuin Apollo- ja Chang’e-näytteiden tapauksissa, meteoriittien lähtöpaikkoja Kuun pinnalta ei tunneta.
Lisäksi on neljäs, ainakin suurelta yleisöltä hieman jo unohduksiin jäänyt kuunäytteiden lähde: arvaamaton itänaapurimme. Neuvostoliitto oli aikanaan ihan täysiverinen vastustaja Yhdysvaltain voittamassa kilpajuoksussa Kuuhun. Jonkinlaisena Neuvostoliiton kuuohjelman huipentumana voi pitää kahta Lunohod-mönkijää, jotka kulkivat Kuun pinnalla vuosina 1970 ja 1973. Valtiojohdon vaatimuksesta niillä tosin keskityttiin mönkimiseen silloinkin kun tutkijat olisivat mieluummin pysähtyneet tekemään tarkempia analyysejä.
Pisimpään tieteellistä käyttöä Neuvostoliiton kuuohjelman tuloksista on ollut kolmen Luna-näytteenhakulennon tuomilla kivillä. Niiden määrät eivät tosin olleet järin suuria. Vuonna 1970 Luna 16 (L16) toi Maahan noin 100 g kiviä, Luna 20 (L20) vuonna 1972 puolet tästä (joissain lähteissä tosin puhutaan vain 30 g:sta). Neuvostoliiton viimeinen kuulento, Luna 24 (L24), sai vuonna 1976 suurimman saaliin, 170 g.
Yhdysvalloilla ja Neuvostoliitolla oli sopimus kuunäytteiden jakamisesta, joten NASAn tutkijatkin saivat osansa Neuvostoliiton kuuaarteista. L20:n saaliista NASAn käyttöön annettiin vajaat 2,7 g. Vähäisestä määrästä huolimatta amerikkalaistutkijatkin ovat hyödyntäneet Luna 20:n kiviä jo yli 50 vuotta.
Viime talvena ja tänä keväänä Journal of Geophysical Research: Planets -lehdessä ilmestyi artikkelikaksikko, jossa amerikkalaistutkijat analysoivat L20:n näytteitä. Artikkelien johtopäätökset ovat sikäli mielenkiintoisia, että ne haastavat nykyisiä käsityksiämme joko törmäysaltaiden synnystä, Kuun vaipasta tai molemmista.
Luna 20 ja Crisiumin törmäysallas
Taivaanmekaniikan ja käytettävissä olleen polttoainemäärän vuoksi Neuvostoliiton kuuohjelman kaikki näytteenhakulennot suuntautuivat samalle seutukunnalle päiväntasaajan tuntumaan Kuun itäiselle puoliskolle, Mare Fecundidatiksen koillisosan ja Mare Crisiumin kaakkoisosan väliselle vyöhykkeelle.
L20 laskeutui Kuun pinnalle noin 20 km Ameghino-kraatterista luoteeseen 21.2.1972. Se kairasi noin 25 cm:n pituisen pötkön löyhästä pinta-aineksesta eli regoliitista, talletti sen paluualukseen ja lähti seuraavana päivänä kohti Kazakstania. Sinne se saapui muutamaa päivää myöhemmin.
L20:n kohde oli monessa mielessä Luna-ohjelman laskeutumisalueista geologisesti houkuttelevin, sillä toisin kuin L16 ja L24, se kairasi näytteensä merien väliseltä kannakselta. Toisinaan tuosta ylänköalueesta käytetään 51-kilometrisen Apollonius-kraatterin mukaan annettua epävirallista Terra Apollonius -nimeä.
Erityisen kiinnostavaa alueessa on, että yleisimpien tulkintojen mukaan sitä peittää Crisiumin törmäysaltaan heittele. Törmäysaltaiden kokoa on erittäin hankala määritellä, mutta nykyisen ymmärryksen mukaan Crisiumin altaan halkaisija on vajaat 1080 km ja sisemmän renkaan läpimitta reilut 500 km. Tämä 500 km:n rengas sijoittuu Mare Crisiumin basalttitasankoa ympäröiville ylängöille. Kaivautumiskraatterin, eli sen alueen, jolta heittele on peräisin, on puolestaan oletettu olevan läpimitaltaan noin 380 km. Mare Crisiumia kiertävien harjanteiden on esitetty osoittavan kaivautumiskraatterin sijainnin.1
Kuun kuorikerros on keskimäärin nelisenkymmentä kilometriä paksu. Kaiken sen mukaan, mitä suurimmista törmäyksistä luulemme ymmärtävämme, puhkaisevat Crisiumin kokoluokan törmäykset kuoren ja yltävät Kuun vaippaan saakka. Crisiumin altaan kohdalla käsitystä kuoren läpäisystä vahvistavat GRAIL-luotainten tekemät painovoimamittaukset. Niiden perusteella kuoren nykyinen paksuus Crisiumin altaan sisäosissa on kutakuinkin nolla. Törmäys toisin sanoen posautti koko kuoren taivaan tuuliin ja myöhemmät kerrostumat, käytännössä siis nykyisen Mare Crisiumin muodostavat basaltit, ovat kerrostuneet kutakuinkin suoraan vaipan päälle.
Törmäysmallien mukaan syvimmältä peräisin oleva heittele jää kaikkein lähimmäksi kaivautumiskraatterin reunaa. Näin ollen Crisiumin altaan sisemmän renkaan tienoilla eli L20:n laskeutumisalueella pitäisi olla alkujaan Kuun sisuksissa alakuoren ja ylävaipan välisellä alueella kenties noin 28–73 km:n syvyydellä syntyneitä kiviä.
Tätä käsitystä ovat tukeneet Kuuta kiertäneiden luotainten tekemät spektroskooppiset mittaukset. Niiden perusteella Crisiumin altaan sisemmän renkaan alueella oletettiin esiintyvän spinelli-nimistä mineraalia (MgAl2O4). Spinellin taas on ajateltu syntyneen korkeassa paineessa alakuoren ja ylävaipan alueella. Pääpiirteissään Crisiumin allas vaikutti siis törmäysmallien ja kaukokartoituksen perusteella käyttäytyvän kutakuinkin odotusten mukaisesti.
Ikävät havainnot
Planeettageologiassa kuten muissakin luonnontieteissä hyvällä hypoteesilla voidaan porskuttaa pitkälle. Ennen pitkää tahtoo kuitenkin käydä niin, että joku hyväkäs menee kiusallaan tekemään ihan oikeita havaintoja ja testaa esitettyä hypoteesia. Siinä vaiheessa ikävät faktat usein tulevat kuvioon mukaan ja alkujaan hienolta tuntunutta hypoteesia joudutaan rukkaamaan tai se voi päätyä hypoteesien hautausmaalle. Uusien Crisium-tutkimusten perusteella vaikuttaa siltä, että vähintään hypoteesien hienosäätöön on ilmeistä tarvetta.
Tuoreen Luna 20 -artikkelikaksikon ensimmäisessä, Steven Simonin johdolla tehdyssä Multiple Shallow Crustal Origins for Spinel-Bearing Lithologies on the Moon: A Perspective From the Luna 20 Mission -tutkimuksessa keskityttiin L20:n näytteistä löytyneisiin spinellipitoisiin kiviin. Osa niistä oli normaalista sisäsyntyisestä magmasta kiteytyneitä, osa taas väkivaltaisemman historian läpikäyneitä törmäyskiviä. Kumpikin prosessi voi siis synnyttää spinelliä. Yksikään löydetystä 31:stä spinellipitoisesta kivipartikkelista ei kuitenkaan vastannut kaukokartoitusaineiston perusteella pääteltyä koostumusta.
Paitsi että spinellipitoiset kivet eivät sopineet kaukokartoitustulkintoihin, ne eivät myöskään Simonin ryhmän tutkimusten mukaan edes ole peräisin syvältä Kuun sisuksista. Koostumuksensa ja tekstuuriensa perusteella L20:n spinellipitoiset kivet nimittäin eivät ole syntyneet ylävaipassa tai alakuoressa, vaan ne ovat kiteytyneet ehkäpä vain parin–kolmen kilometrin syvyydessä. Toisin kuin tähän asti on yleensä tehty, Kuun spinelliä ei siis voida pitää vaipan tai alakuoren indikaattorina.
Simonin tutkimusryhmän tulkintojen mukaan paras tapa selittää Kuun tai ainakin Crisiumin spinellit on prosessi nimeltään assimilaatio. Simonin ryhmän assimilaatiomallissa vaipasta kohoaa niin kutsuttuun magnesiumseurueeseen kuuluvaa magmaa. Magnesiumseurueen kivien ajatellaan edustavan ensimmäistä Kuun alkuperäisen kuoren jälkeistä magmaattista toimintaa. Niin magnesiumseurueen kivet kuin Kuun alkuperäinen kuorikin ovat ainakin 300 miljoonaa vuotta vanhempia kuin Crisiumin altaan synnyttänyt törmäys.
Kun magnesiumseurueen magma kohosi kuoreen, se kohtasi alkuperäistä, Kuun syntyä seuranneesta magmamerestä kiteytynyttä kevyttä anortosiittista kuorta. Magma alkoi sulattaa tätä vanhempaa kuorta itseensä eli magnesiumseurue assimiloi anortosiittiä. Kun tällainen anortosiitin saastuttama magma alkoi lämpötilan laskiessa kiteytyä, syntyi jonkin verran spinelliä. Magmaattisen spinellin ohella myös L20:n törmäyskivissä esiintyvä spinelli vaatii Simonin tutkimusten mukaan lähtöaineekseen magnesiumseurueen kiviä.
Simonin ja kollegojen mukaan assimilaatiomalli kyllä toimii, mutta kovin kaunis se ei heidän itsensäkään mielestä ole, sillä se vaatii varsin tarkkarajaisia olosuhteita. Vähintään osan kaukokartoitukseen pohjautuvista Kuun spinellihavainnoista se silti voi selittää. Ongelmallista kuitenkin on, etteivät kaukokartoitukseen perustuvat koostumustulkinnat vastaa nyt havaittua todellisuutta.
Suurin osa Simonin ryhmän artikkelin kirjoittajista jatkoi ja laajensi Crisium-pähkäilyään Chip Shearerin johdolla artikkelissa Where Is the Lunar Mantle and Deep Crust at Crisium? A Perspective From the Luna 20 Samples. Shearerin ja kollegojen artikkelin keskeiset johtopäätökset voi tiivistää kolmeen vaihtoehtoon: joko L20:n kivet eivät ole peräisin Kuun vaipasta, maapallon vaipasta tehtyihin tulkintoihin perustuvat oletukset Kuun vaipasta ovat pielessä, tai merkittävä osa Crisiumin törmäyksen kuopaisemasta vaippa-aineksesta päätyikin heitteleen sijasta törmäyssulakerrokseen.
Kaikki Shearerin ryhmän esittämät vaihtoehdot aiheuttavat haasteita nykyisille käsityksillemme niin Kuusta kuin muistakin maankaltaisista planeetoista. Kenties kauaskantoisin on kakkosvaihtoehto. Maapallon vaippa on ainoa, josta meillä on niin näytteiden kuin geofysikaalisten mittaustenkin ansiosta melkoisen yksityiskohtainen käsitys. Siihen perustuvat kutakuinkin kaikki mallit maankaltaisten planeettojen sisärakenteesta. Jos nämä olettamukset eivät alkuunkaan pädekään, joudutaan planeettageologien oppikirjojen perustavanlaatuisia osia kirjoittamaan kokonaan uudestaan.
Jos taas on niin, kuten Simonin ja Shearerin tutkimusten perusteella todennäköiseltä vaikuttaa, että L20:n kivet eivät edusta Kuun vaippaa, on törmäysaltaiden heitteleen syntymalleja tarpeen tarkastella aiempaa kriittisemmin. Samaa vaatii kolmas vaihtoehto. Se tuntuu kuitenkin omasta näkökulmastani ylivoimaisesti helpoimmalta mahdollisuudelta, sillä se ei vaadi kuin pientä hienosäätöä siihen, kuinka tehokkaasti syvältä peräisin oleva törmäyssula lentää kaivautumisvaiheessa kraatterista ulos. Suurilla altailla sulamis- ja kaivautumissyvyydet eroavat joka tapauksessa merkittävästi toisistaan eivätkä pienemmistä kraattereista johdetut mallit suoraan päde. Myös vaipan ja kuoren lämpövuo vaikuttaa merkittävästi syntyvän törmäyssulan määrään. Sikäli tuntuisi hyvin luontevalta, että vaipan sulamisesta syntynyt aines on vahvasti keskittynyt törmäyssulaan.
Kaukokartoitushavainnot eivät erityisen selvää näkymää Crisiumin törmäyssulan esiintymiseen ja koostumukseen anna. Muutama vuosi sitten Kirby Runionin johdolla tehtiin toistaiseksi yksityiskohtaisin kartoitus Crisiumin mahdollisista törmäyssulaesiintymistä. Kaikkien todennäköisten esiintymispaikkojen todettiin olevan enemmän tai vähemmän saastuneita muilla aineksilla, joten kiistatonta puhtaan Crisiumin törmäyssulan koostumusta ei saatu määritettyä – siinä määrin kuin moinen spektroskooppisesti kiertoradalta ylipäätään mahdollista olisikaan. Parhaat mahdollisuudet puhtaahkon Crisium-sulan löytämiseksi on 35-kilometrisen Yerkes–kraatterin keskuskohoumilta. Todennäköistä onkin, että joudumme odottamaan astronauttien tai automaattisten luotainten näytteenhakua Yerkesiltä tai paikan päällä tehtävää analyysiä ennen kuin käytettävissä on oikeasti kohtalaisen luotettava käsitys Crisiumin törmäyssulan koostumuksesta ja iästä.
Yerkesin keskuskohoumilta toivottavasti joskus haettavia näytteitä vartoillessa kannattaa muistaa, että myös vanhat ja määrältään vähäiset näytteet ovat edelleen täysin käyttökelpoista materiaalia. Vaikka moninaiset kaukokartoitusmenetelmät on täysin korvaamattomia planeettatutkimuksessa, lopullinen totuus löytyy paikan päältä haetuista näytteistä. Eivät nekään silti mikään automaattisesti autuaaksi tekevä voima ole, sillä vaikka kivet eivät valehtele, ne voidaan kuitenkin hyvin helposti tulkita väärin. Aika näyttää, mitä mieltä muut planeettatutkijat Simonin ja Shearerin ryhmien tulkinnoista ovat.
1Pohjimmiltaan ei ole olemassa mitään erityisen hyvin perusteltua syytä, miksi harjanteiden tai minkään muunkaan välttämättä pitäisi osoittaa kaivautumiskraatterin paikkaa. Crisiumin altaan tapauksessa harjannerengas sopii useiden tutkijoiden ajatuksiin kaivautumiskraatterin koosta, mutta esimerkiksi Orientalen altaan harjannerengas (tai oikeastaan sen puolikas) on useimmille liian pieni, joten kaivautumiskraatterin reuna sijoitetaan ulommaksi mare-basalttien ja törmäyssulakerroksen topografiassakin näkyvälle rajalle. Ajatusmallit kaivautumiskraatterien sijoittelulle ovat kuitenkin melkoisen huteralla pohjalla, eikä laajaa yksimielisyyttä aiheesta ole.