Крихітні скляні намистини, що утворилися у вогні вибухових вулканічних вивержень на Місяці та доставлені на Землю місією «Аполлон-17», розкривають свої таємниці. Дивовижно, але зразки матеріалу з Місяця, отримані місіями «Аполлон», все ще дають нове розуміння понад 50 років потому, у цьому випадку як крихітні скляні намистини, що засмічують місячну поверхню, розповідають нам про вибухові вулканічні шлейфи, які їх утворили 3,3–3,6 мільярда років тому.
«У нас ці зразки вже 50 років, але тепер у нас є технології, щоб повністю їх зрозуміти», – заявив Раян Огліор, професор фізики Вашингтонського університету в Сент-Луїсі. «Багато з цих інструментів були б немислимими, коли намистини вперше були зібрані».
Крихітні намистинки, розміром менше міліметра, вбудовані в місячні породи та змішані з місячним реголітом. Вони бувають двох різновидів: помаранчевого та чорного, і утворилися, коли краплі лави у шлейфах, що бурхливо вивергалися з вулканів, швидко охолоджувалися в холодному вакуумі на поверхні Місяця. Близько 3,5 мільярда років тому Місяць був надзвичайно вулканічно активним, утворюючи темні плями місячних морей, які сьогодні утворюють «обличчя» «Людини на Місяці».
«Ці намистинки — це крихітні, незаймані капсули місячних надр», — сказав Огліоре. «Це одні з найдивовижніших зразків позаземних об’єктів, які ми маємо».
Огліоре був частиною команди під керівництвом Томаса Вільямса, Стівена Пармана та Альберто Саала з Університету Брауна в Род-Айленді, яка застосувала різноманітні сучасні методи мікроскопічного аналізу намистин, щоб дізнатися більше про вулканічні умови, в яких вони утворилися. Основним інструментом, який використовувався, був іонний мікрозонд NanoSIMS 50 у Вашингтонському університеті, який може виконувати спектрометрію на атомному рівні, ідентифікуючи елементи та ізотопи, а також досліджуючи нанорозмірні структури.
Щоб уникнути контакту досліджуваного матеріалу з атмосферою Землі та реакції з її киснем, іонний промінь проник у зразки, витягуючи з них кульки, а потім захищаючи матеріал від нашої атмосфери. Потім зразки були піддані низці методів аналізу, включаючи атомно-зондову томографію, скануючу електронну мікроскопію та енергодисперсійну рентгенівську спектроскопію.
«Навіть з використанням передових методів, які ми використовували, ці вимірювання було дуже складно виконати», – сказав Огліоре.
Вимірювання розповіли команді про тиск, температуру та хімічний склад середовища, в якому утворилися намистини. Дійсно, сама їхня існування є доказом того, що на Місяці відбувалися вибухові виверження, «щось на зразок вогняних фонтанів, які можна побачити сьогодні на Гаваях», — сказав Огліоре.
Однак колір, форма та хімічний склад місячних скляних намистин зовсім не схожі на їхні земні аналоги. Аналіз показав, що скляні кульки покриті шаром товщиною менше 100 нанометрів, який осідав на кульках у вигляді пари, що конденсувалася з вулканічних хмар. Таким чином, дослідження цих наношарів надає інформацію про ці вулканічні хмари, з якої ми можемо дізнатися більше про місячний вулканізм.
Наношари на поверхні намистин не гладкі, а мають низку форм та неоднорідностей, що описуються як «мікрокургани», «токарні рейки», «бляшки» та «пухирі». Зокрема, основа мікрокурганів багатша на залізо, ніж їхня верхня поверхня. Цей градієнт заліза пов’язаний з тим, як тиск у вулканічному шлейфі швидко знизився за короткий час, необхідний для осадження мікрокурганів у наношарі.
Як чорні, так і помаранчеві намистини, досліджені в цьому аналізі, були виявлені місією «Аполлон-17» у 1972 році — єдиною місією, на борту якої був спеціаліст-геолог Гаррісон Шмітт — у долині Таурус-Літтроу в Морі Безтурботності.
Чорні намистини містять багато нанокристалів сульфіду цинку, а термохімічне моделювання цих намистин показує, що водень і сірка були основними елементами у вулканічних газових шлейфах, які їх утворили. Тим часом помаранчеві намистини не містять значної кількості кристалів сульфіду цинку. Це свідчить про зміну з часом умов виверження вулкана, яке призвело до появи чорних і помаранчевих намистинок.
«Це як читати щоденник стародавнього місячного вулканолога», – сказав Огліоре.
Хоча ці висновки є лише невеликою деталлю у загальній схемі речей, вони наближають нас до розуміння вулканічних умов, які сформували Людину на Місяці, і чому цей вулканізм взагалі стався. Результати були опубліковані онлайн у квітні в журналі Icarus.
