Meteoryty księżycowe (lunary) to meteoryty z Księżyca – są to skały znalezione na Ziemi, które zostały wyrzucone z Księżyca w wyniku uderzenia meteoroidu, asteroid lub komety.
W jaki sposób na Ziemię docierają meteoryty księżycowe?
Ponieważ Księżyc nie ma atmosfery, która mogłaby je powstrzymać, meteoroidy uderzają w Księżyc każdego dnia. Prędkość ucieczki Księżyca wynosi średnio 2,38 km/s (1,48 mil na sekundę), tylko kilka razy więcej niż prędkość wylotowa zwykłego karabinu (0,7-1,0 km/s). Każda skała na powierzchni Księżyca, która zostanie przyspieszona przez uderzenie meteorytu do prędkości ucieczki Księżyca lub większej, opuści wpływ grawitacyjny Księżyca. Większość skał wyrzucanych z Księżyca zostaje wychwycona przez pole grawitacyjne Ziemi lub Słońca i wchodzi na orbitę wokół tych ciał. W okresie od kilku lat do dziesiątek tysięcy lat te krążące wokół Ziemi w końcu spadają na Ziemię. Te na orbicie wokół Słońca mogą również ostatecznie uderzyć w Ziemię nawet kilkadziesiąt milionów lat po tym, jak zostały wystrzelone z Księżyca.
Skąd wiemy, że to meteoryty?
Na przełamie lub przetartej powierzchni wszystkie meteoryty księżycowe wyglądają jak niektóre rodzaje ziemskich skał, nawet dla doświadczonego naukowca zajmującego się meteorytami. Często jednak możemy powiedzieć, że przybyły one z kosmosu, ponieważ wiele meteorytów księżycowych ma skorupę obtopieniową powstałą w wyniku topnienia zewnętrznej części, która ma miejsce podczas ich przechodzenia przez ziemską atmosferę. Na meteorytach znalezionych na gorących pustyniach skorupa czasami ulega wietrzeniu.
Wszystkie meteoryty zawierają izotopy, które mogą być wytwarzane jedynie w reakcjach z przenikliwym promieniowaniem kosmicznym poza ziemską atmosferą. Obecność nuklidów kosmogenicznych jest ostatecznym sprawdzianem tego, czy skała jest meteorytem. Wszystkie meteoryty księżycowe, które zostały przetestowane, wykazują dowody ekspozycji na promieniowanie kosmiczne.
Ile jest meteorytów księżycowych?
To zależy od tego, jak się liczy. Według stanu na dzień 31 grudnia 2021 r. rozpoznano 502 nazwane meteoryty księżycowe. W momencie publikowania tego artykułu w bazie MetBull zarejestrowanych jest 567 meteorytów księżycowych. Inne okazy, które nie zostały jeszcze sklasyfikowane ani opisane w literaturze naukowej, ale które mogą być meteorytami księżycowymi, są sprzedawane przez renomowanych handlarzy. Komplikacją jest to, że niektóre są „sparowane”, to znaczy, że dwa lub więcej kamieni to różne fragmenty jednego meteoroidu, który odbył podróż Księżyc-Ziemia. Gdy rozważa się potwierdzone lub mocno podejrzewane przypadki parowania, liczba rzeczywistych meteoroidów zmniejsza się do około 150. Parowanie nie zostało jeszcze ustalone lub odrzucone dla wielu ostatnio znalezionych meteorytów, więc rzeczywista liczba nie jest znana z całą pewnością.
W większości przypadków okazy meteorytów znajdowane są blisko siebie, ponieważ meteoroid rozpadł się po zetknięciu się z atmosferą ziemską, uderzeniu w ziemię lub lód lub podczas podróży w lodzie na Antarktydzie. W innych przypadkach, wszystkie z północnej Afryki, nie wiemy na pewno, gdzie znaleziono meteoryty, więc nie możemy ustalić parowania na podstawie bliskości lokalizacji. Wszystkie sześć kamieni LaPaz Icefield ma skorupę obtopieniową, a złamane krawędzie nie pasują do siebie, dlatego meteoroid LAP prawdopodobnie rozpadł się w atmosferze. Spośród ~42 księżycowych kamieni meteorytów z Omanu, 16 wydaje się być fragmentami jednego meteorytu.
Jak rzadkie są meteoryty księżycowe?
Meteoryty to bardzo rzadkie skały. Meteoryty księżycowe są niezwykle rzadkie. Trudno ocenić, jak naprawdę są rzadkie. Spośród około 42 000 nazwanych kamieni meteorytów znalezionych na Antarktydzie, gdzie ewidencja była znakomita (1976-2018), 1 na 1000 meteorytów pochodzi z Księżyca (42 okazy reprezentują 22-23 meteoryty; w przypadku meteorytów marsjańskich jest to 1 do 1400).
Inną miarą rzadkości jest masa. Całkowita masa wszystkich znanych meteorytów księżycowych wynosi około 781 kg. Dla porównania, całkowita masa wszystkich kamiennych meteorytów wynosi 92 200 kg.
Masa wszystkich znanych meteorytów księżycowych jest (stan na dzień 31 grudnia 2021 r.) około 2,94 razy większa od masy skał >1 cm z kolekcji próbek księżycowych Apollo.
Jak duże są meteoryty księżycowe?
Największym pojedynczym okazem meteorytu księżycowego wydaje się być NWA 12760 o wadze 58,1 kg. Kamień ten jest jednym z wielu z grupy NWA 8046 (sparowanych kamieni meteorytowych), których jest ponad 200 kg. Z drugiej strony, kilka fragmentów księżycowych meteorytów znalezionych na Antarktydzie i Omanie waży tylko kilka gramów. Najmniejsze nazwane kamienie to Graves Nunataks 06157 o masie 0,788 g i Dar al Gani 1048 o masie 0,801 grama. Najliczniejszym meteorytem jest NWA 12691, który składa się z „wielu” kawałków o łącznej masie 104 kg.
Rozkłady masy meteorytów księżycowych przedstawiony na rysunku powyżej jest jednak nieco mylący, z co najmniej dwóch powodów:
1) Z Antarktydy, na przykład, 7 meteorytów z Dominion Range i 6 meteorytów LaPaz Icefield to każda para (kawałki) pojedynczego meteoroidu, który odbył podróż Księżyc-Ziemia. 42 meteoryty księżycowe z Antarktydy reprezentują około 23 meteoroidów, a 73 z Półwyspu Arabskiego reprezentują około 30 meteoroidów (Korotev i Irving, 2021), gdy rozważa się prawdopodobne pary.
2) Relacje par nie są dobrze ugruntowane wśród meteorytów z NWA (Afryka Północno-Zachodnia); w niektórych przypadkach wielu okazom nadano jedną nazwę (np. NWA 12691), podczas gdy w innych (przede wszystkim 40+ nazwanych kamieni z grupy NWA 8046 ) różne skały z jednego rozdrobnionego meteoroidu otrzymują osobne nazwy, jeśli chodzi o meteoryty antarktyczne. 281 kamieni meteorytów księżycowych z Afryki Północnej, dla których istnieją dane dotyczące składu, prawdopodobnie reprezentuje 77-99 różnych meteoroidów ( Korotev i Irving, 2021 ).
Niezależnie od tych komplikacji jasne jest, że meteoryty księżycowe z Antarktydy i Półwyspu Arabskiego są mniej więcej tej samej wielkości, podczas gdy z nieznanych powodów meteoryty z północnej Afryki są znacznie większe.
Gdzie, jak i kiedy są znajdowane?
W żargonie meteorytów wszystkie okazy meteorytów księżycowych zostały „odnalezione”, żadne nie są „spadkami”. Innymi słowy, żaden meteoryt księżycowy nie został zaobserwowany jako meteor, a następnie znaleziony na ziemi. Jest to ciekawy fakt, ponieważ meteorytów marsjańskich jest mniej niż meteorytów księżycowych, ale zaobserwowano, że kilka meteorytów marsjańskich spadło (Chassigny, Shergotty, Nakhla, Tissint, Zagami). W Polsce również mamy podejrzenie spadku meteorytu marsjańskiego, ale mimo kilku wypraw terenowych w prawdopodobną elipsę spadku, nie został on odnaleziony.
Spekuluję, że meteoroidy z Księżyca nie poruszają się tak szybko jak meteoroidy z pasów asteroid lub Marsa, kiedy napotykają ziemską atmosferę, więc być może nie są tak jasne jak większość pozostałych bolidów.
Randy L. Korotev
Nie znaleziono jeszcze meteorytu księżycowego w Ameryce Północnej, Ameryce Południowej ani Europie. Możemy rozsądnie założyć, że meteoryty księżycowe spadły na te kontynenty w ciągu ostatnich 100 000 lat, ale jeśli ktoś znalazł jakiś, nie został jeszcze rozpoznany jako meteoryt księżycowy.
Prawie wszystkie meteoryty księżycowe zostały znalezione na obszarach, które są dobrze znane jako dobre miejsca do znajdowania meteorytów. Wszystkie takie miejsca to suche pustynie, na których istnieją geologiczne mechanizmy koncentracji meteorytów, gdzie rzadko występują skały pochodzenia ziemskiego, a meteoryty nie wietrzą się szybko pod wpływem wody.
Większość meteorytów księżycowych została znaleziona na Saharze w północnej Afryce i na pustyni Omanu – wszystkie od 1997 roku. Meteoryty z gorących pustyń znajdują prawie wyłącznie lokalni mieszkańcy lub doświadczeni łowcy meteorytów.
Allan Hills 81005 (ALHA 81005) to pierwszy meteoryt rozpoznany jako pochodzący z Księżyca, został znaleziony podczas sezonu zbierania kosmicznych okazów programu ANSMET 1981-82 18 stycznia 1982 roku. Trzy meteoryty Yamato 79xxx zostały zebrane wcześniej, ale nie zostały rozpoznane jako księżycowe do 1984 roku. Pierwszy znaleziony meteoryt księżycowy to Yamato 791197, 20 listopada 1979. Nie wiadomo jednak, kiedy znaleziono Calcalong Creek. Biuletyn MetBull podaje„ po 1960”, ale nie uznano, że ma on pochodzenie księżycowe aż do 1990, więc równie dobrze mógł zostać zebrany wcześniej niż Yamato 791197.
Z kilku powodów wiemy, że meteoryty księżycowe pochodzą z wielu różnych uderzeń na Księżyc. Różnorodność tekstur i kompozycji obejmuje, a pod pewnymi względami przewyższa, skały zebrane podczas sześciu misji lądowania Apollo, więc meteoryty muszą pochodzić z wielu miejsc. Co ważniejsze, możliwe jest określenie, jak dawno temu skała opuściła Księżyc na podstawie wieku ekspozycji na promieniowanie kosmiczne. Małe skały na powierzchni Księżyca i na orbicie wokół Słońca lub Ziemi są wystawione na działanie promieni kosmicznych. Promienie kosmiczne są tak energetyczne, że wywołują reakcje jądrowe w meteoroidach, które zmieniają jeden nuklid (izotop) w inny. Niektóre z tych produkowanych nuklidów są radioaktywne. Gdy tylko spadną na Ziemię, produkcja ustaje, ponieważ ziemska atmosfera pochłania prawie wszystkie promienie kosmiczne. Kosmiczne radionuklidy w rozpadzie meteorytu na Ziemi bez dalszej produkcji. Najbardziej znanym takim izotopem jest 14C (węgiel 14), który jest wytwarzany z atomów tlenu w meteoroidzie. Inne ważne radionuklidy wytwarzane przez ekspozycję na promieniowanie kosmiczne to 10Be, 26Al, 36Cl i 41Ca.
Ponieważ różne nuklidy promieniotwórcze mają różne okresy półtrwania, często można powiedzieć, jak długo skała była odsłonięta na lub w pobliżu powierzchni Księżyca, jak długo zajęła podróż na Ziemię i jak dawno temu spadła. Na przykład dane dotyczące ekspozycji na promieniowanie kosmiczne dla Kalahari 008/009 sugerują, że meteoryt opuścił Księżyc co najwyżej kilkaset lat temu. Z drugiej strony, Dhofar 025 potrzebował 13-20 milionów lat, aby dotrzeć tutaj z Księżyca (Nishiizumi i Caffee, 2001). Ponieważ istnieje szeroki zakres czasów przejścia Ziemia-Księżyc, wiemy, że do wystrzelenia wszystkich meteorytów księżycowych potrzeba było wielu uderzeń w Księżyc.
Istnieją przekonujące argumenty (wiek ekspozycji na promieniowanie kosmiczne, skład chemiczny i mineralny), że meteoryty „YAMM” znalezione na Antarktydzie, Yamato 793169 , Asuka 881757 , MIL 05035 i MET 01210 są sparowane, to znaczy cztery meteoryty zostały wyrzucone z Księżyca jako oddzielne skały w wyniku pojedynczego uderzenia, skały podróżowały na Ziemię oddzielnie i spadły na Ziemię w różnych miejscach w różnym czasie (Warren, 1994; Arai i in., 2005; Zeigler i in . ., 2007). [Sierpień 2021: Ramlat Fasad 532 z Omanu może być inną parą wystrzeloną meteorytów YAMM.] Inne prawdopodobne przypadki parowania wystrzelenia to meteoryty „YQEN”, Yamato 793274/981031, QUE 94281, EET 87521/96008 (Arai i Warren, 1999, Korotev i al., 2003), NWA 4884 (Korotev i in., 2009) oraz grupa NWA 7611 (Korotev i Irving, 2021) oraz meteoryty „NNL”, NWA 032/479, NWA 4734/10597, NWA 8632 oraz 6 okazów LAP (Zeigler i in., 2005; Korotev i Zeigler, 2014; Korotew i Irving, 2021). Prawie na pewno, kilka lub wiele innych par występuje wśród licznych, ale niezbyt dobrze zbadanych, skaleniowych meteorytów księżycowych z gorących pustyń. Tak więc meteoryty księżycowe reprezentują mniej miejsc uderzenia na Księżycu niż liczba meteorytów.
Czy wystrzelenie meteoroidu księżycowego wymaga dużego uderzenia?
Źródło obrazu: NASA
Niedawno Basilevsky i in. ( 2010 ) argumentują na podstawie znanej liczby meteorytów księżycowych i częstotliwości uderzeń w Księżyc, że „znaczna część kraterów źródłowych meteorytów księżycowych ma średnicę nie większą niż kilkaset metrów”.
„To jest duże, jeśli dzieje się to na twoim podwórku, ale nie jest tak duże dla całego Księżyca.”
Jeśli meteoryty księżycowe pochodzą z tak małych kraterów, byłoby szczególnie trudno zlokalizować rzeczywisty krater źródłowy każdego meteorytu księżycowego.
Vladimir Shuvalov i Natalia Artemieva z Instytutu Dynamiki Geosfer w Moskwie dochodzą do następującego wniosku na podstawie numerycznego modelowania uderzeń:
Ciekawa konsekwencja może być związana z kraterem Tycho o średnicy 83 km. ~100 Myr temu [ziemski okres kredowy] krater został utworzony przez kosmiczny pocisk o średnicy 6-7 km w ukośnym uderzeniu (30-45°). To uderzenie dostarczyło na Ziemię 25–100 km3 materii księżycowej, tj. nasza planeta została równomiernie pokryta meteorytami „Tycho” o średniej gęstości 0,1-0,3 kg/m2 (przy założeniu 30% strat w atmosferze). Te masywne osady można znaleźć w odpowiednich warstwach stratygraficznych podobnych do meteorytów ordowickich
Jak się nazywają?
Zgodnie z odwieczną konwencją, meteoryty są nazywane od miejsca, w którym zostały znalezione. Nieco wbrew konwencji meteoryty antarktyczne często noszą skrócone nazwy, gdzie ALHA = Allan Hills, DEW = Mount DeWitt, DOM = Dominion Range, EET = Elephant Moraine, GRA = Graves Nunataks, LAP = LaPaz Icefield, LAR = Larkman Nunatak , MAC = MacAlpine Hills, MET = Meteorite Hills, MIL = Miller Range, PCA = Pecora Scarpment i QUE = Queen Alexandra Range.
Podobnie meteoryty Dar al Gani (Libia), Afryka Północno-Wschodnia, Afryka Północno-Zachodnia i Sayh al Uhaymir są czasami określane skrótami DaG, NEA, NWA i SaU. Ponieważ na Antarktydzie i na gorących pustyniach znaleziono setki, a nawet tysiące meteorytów, oprócz nazw używane są numery seryjne. W przypadku meteorytów antarktycznych dwie pierwsze cyfry części numerycznej nazwy oznaczają rok ich pozyskania.
Dlaczego meteoryty księżycowe są ważne?
Biorąc pod uwagę, że 382 kg dobrze udokumentowanych próbek skał i gleby zostało pozyskanych z dziewięciu lokalizacji przez misje Apollo i Luna, może się wydawać, że skały z nieznanych punktów na powierzchni Księżyca nie mogą mieć większego znaczenia. Jednak z kilku powodów meteoryty księżycowe dostarczyły nowych i użytecznych informacji.
Wszystkie misje Apollo wylądowały na małym obszarze na bliskiej (jasnej) stronie Księżyca, a niektóre z tych misji zostały celowo wysłane do miejsc znanych jako geologicznie „interesujące”, ale nietypowe dla Księżyca.
Spektrometry promieniowania gamma i neutronów (Misja Lunar Prospector 1998-1999) wykazała, że wszystkie miejsca Apollo znajdowały się w lub w pobliżu unikalnego i anomalnie radioaktywnego „gorącego punktu” na bliskiej/jasnej stronie Księżyca w pobliżu Mare Imbrium. Istnienie tego gorącego punktu, czasami znanego jako Procellarum KREEP Terrane lub PKT, wskazuje, że rozróżnienie wyżyny Mare stosowane przez starożytnych astronomów nie jest adekwatne w sensie geochemicznym.
Wiele skał zebranych podczas misji Apollo, które prawdopodobnie pochodziły z PKT (zwłaszcza te z Apollos 12, 14 i 15) nie jest ani bazaltem Mare, ani brekcjami skaleniowymi. Są to skały (najczęściej brekcje udarowo-topliwe) o pośrednim stężeniu FeO (~10%) z wysokimi stężeniami naturalnie występujących pierwiastków promieniotwórczych: K (potas), Th (tor) i U (uran). Takie skały są często nazywane „KREEP”, ponieważ oprócz K, zawierają niekompatybilne pierwiastki, takie jak pierwiastki ziem rzadkich (REE, takie jak lantan i cer) oraz fosfor (P).
Meteoryt księżycowy Sayh al Uhaymir 169 z imponującą ilością 30 ppm* Th jest meteorytem „KREEPy”. Niemal na pewno wywodzi się z PKT. Inne meteoryty, które mają wysokie stężenie Th, takie jak Zufar 1442 , Afryka Północno-Zachodnia 4472/4485 i Afryka Północno-Zachodnia 6687, również prawdopodobnie pochodzą z lub okolic PKT. Większość pozostałych meteorytów księżycowych wydaje się pochodzić spoza PKT, ponieważ mają one niskie stężenia, zwykle <1 ppm, Th. Ten rozkład jest uzasadniony, ponieważ wierzymy, że meteoryty księżycowe są skałami z niemal losowo rozmieszczonych miejsc na powierzchni Księżyca, a większość miejsc na powierzchni Księżyca nie ma wysokiej radioaktywności.
* ppm (ang. parts per million) – liczba części na milion, oznaczenie stosowane m.in. przy wyrażaniu stężeń
Rysunek pokazuje, że wszystkie misje Apollo wylądowały w lub w pobliżu regionu Księżyca o anomalnie wysokiej radioaktywności (anomalie, którą nazywamy PKT (Procellarum KREEP Terrane) nie było znane w czasie wyboru miejsca Apollo i większość meteorytów księżycowych musi pochodzić z obszarów Księżyca odległych od PKT, ponieważ większość ma niskie Th. Tak więc jedną z wartości meteorytów księżycowych jest to, że są to próbki z miejsc na Księżycu, które są bardziej typowe powierzchni Księżyca (niska radioaktywność) niż próbki Apollo.
Ponadto większość meteorytów księżycowych to brekcje składające się z drobnego materiału znajdującego się w pobliżu powierzchni Księżyca. Ten drobnoziarnisty materiał był mieszany przez wiele uderzeń. W konsekwencji skład i mineralogia zbrekcjonowanego meteorytu księżycowego jest prawdopodobnie bardziej reprezentatywna dla regionu, z którego pochodzi, niż jakakolwiek pojedyncza niezbrekcjowana (magmowa) skała z tego samego regionu.
Wiemy, że na większej części Księżyca i większości jego odległej/ciemnej strony materiał powierzchni Księżyca zawiera tylko 3-6% FeO, ponieważ jest wysoce skaleniowy.
Około połowa meteorytów księżycowych ma 3-6% FeO, zatem meteoryty te są całkowicie zgodne z pochodzeniem typowych wzgórz skaleniowych.
Wszystkie skaleniowe meteoryty księżycowe razem dają nam lepsze oszacowanie składu i mineralogii typowej powierzchni wyżyn, niż byliśmy w stanie uzyskać z próbek Apollo.
Meteoryty księżycowe dostarczyły nam również krystalicznych bazaltów Mare, które różnią się od tych zebranych podczas misji Apollo i Rosyjskiej Luny. W szczególności bazalty z grupy 773 z Afryki Północno-Zachodniej różnią się od wszelkich skał z kolekcji Apollo (np. Jolliff i in., 2003 ; Valencia i in., 2019), podobnie jak troktolity anortozytyczne z grupy NWA 5744 (Gross i in. al., 2020; Korotev i Irving, 2021).
Źródło: WASHINGTON UNIVERSITY IN ST. LOUIS – Department of Earth and Planetary Sciences
Publikacja za godą autora: Randy L Korotev
Fajne i ciekawe.