Ziemski Księżyc uzyskał wygląd sera szwajcarskiego w wyniku uderzenia ciał niebieskich w jego powierzchnię, tworząc kratery uderzeniowe. Ale kratery to nie wszystko, co pozostało; intensywne ciśnienie i temperatura takiego zderzenia wpływają również na skały i pył pokrywający powierzchnię Księżyca, znany jako regolit, zmieniając jego skład mineralny i strukturę. Analiza powstałych minerałów dostarcza współczesnym badaczom wskazówek na temat przeszłości Księżyca.
Chińska misja Chang'e-5, pierwsza misja poboru próbek z Księżyca od czasu radzieckiej sondy Łuna 24 w 1976 r., dostarczyła 1,73 kilograma regolitu z Oceanus Procellarum, samolotu nazwanego tak ze względu na jego ogromne rozmiary. Próbka wylądowała na Chang'e-5 (CE-5) pod koniec 2020 roku i zawierała nowy minerał, Changesite-(Y), a także kłopotliwą kombinację minerałów krzemionkowych.
W czasopiśmie AIP Publishing Matter and Radiation at Extremes naukowcy z Chińskiej Akademii Nauk porównali skład materiału CE-5 z innymi próbkami regolitu księżycowego i marsjańskiego. Zbadali potencjalne przyczyny i pochodzenie unikalnego składu próbki Księżyca.
Asteroidy i komety zderzają się z Księżycem z ekstremalnymi prędkościami, powodując metamorfizm uderzeniowy (wstrząsowy) w skałach księżycowych. Ta zmiana temperatury i ciśnienia następuje szybko i ma charakterystyczne cechy, w tym tworzenie polimorfów krzemionki, takich jak stiszowit i seifertyt, które są chemicznie identyczne z kwarcem, ale mają inną strukturę krystaliczną.
„Chociaż powierzchnię Księżyca pokrywają dziesiątki tysięcy kraterów uderzeniowych, minerały wysokociśnieniowe są rzadkością w próbkach księżycowych” – powiedział autor Wei Du. „Jednym z możliwych wyjaśnień jest to, że większość minerałów wysokociśnieniowych jest niestabilna w wysokich temperaturach. Dlatego te powstałe podczas uderzenia mogły doświadczyć procesu wstecznego”.
Jednakże fragment krzemionki w próbce CE-5 zawiera zarówno stiszowit, jak i seifertyt, minerały, które teoretycznie współistnieją tylko przy znacznie wyższych ciśnieniach niż pozornie doświadczana próbka.
Autorzy ustalili, że seiferyt występuje jako faza pomiędzy stiszowitem a trzecim polimorfem krzemionki, α-krystobalitem, również obecnym w próbce.
„Innymi słowy, seifertyt może powstać z α-krystobalitu podczas procesu ściskania, a część próbki przekształci się w stiszowit w późniejszym procesie zwiększania temperatury” – powiedział Du.
Misja ta dostarczyła także nowy minerał księżycowy, Changesite-(Y), minerał fosforanowy charakteryzujący się bezbarwnymi, przezroczystymi kryształami kolumnowymi.
Naukowcy oszacowali ciśnienie szczytowe (11–40 GPa) i czas trwania uderzenia (0,1–1,0 sekundy) w przypadku zderzenia, które ukształtowało próbkę. Łącząc te informacje z modelami fali uderzeniowej, oszacowali, że powstały krater ma szerokość od 3 do 32 kilometrów, w zależności od kąta uderzenia.
Zdalne obserwacje pokazują, że odległe wyrzuty w regolicie CE-5 pochodzą głównie z czterech kraterów uderzeniowych, a krater Aristarchus jest najmłodszym spośród czterech odległych kraterów. Ponieważ seifertyt i stiszowit łatwo ulegają zakłóceniom w wyniku metamorfizmu termicznego, wywnioskowali, że fragment krzemionki prawdopodobnie powstał w wyniku zderzenia, w wyniku którego utworzył się krater Aristarchus.
Ta przykładowa misja powrotna pokazała, jaką siłę ma współczesna analiza i w jaki sposób może ona pomóc w odkryciu historii ciał niebieskich.