Asztrogeológia: kalapálás százmillió kilométerről

Az asztrogeológia vagy bolygógeológia viszonylag új tudományterület. Művelői olyan munkát végeznek, mint egy geológus - csak nem a Földön, hanem a Naprendszer többi égitestén. Természetesen ez egyelőre nem fizikailag, a helyszínen zajlik, hanem távolról rögzített adatok és néhány esetben apró kőzetminták segítségével.

Bolygórendszerünk összes tagja egy időben született, de aztán az egyes égitestek eltérő fejlődési utat jártak be. Kialakulásuk és korai fejlődésük jellemzőiről itt a Földön már alig maradt nyom - ellenben más égitesteken bőséggel találhatók ilyenek. Ezért a többi planéta tanulmányozása saját bolygónk múltjának jobb megismerésében is segítséget nyújt.

Az asztrogeológia kutatási területe közel áll a valamivel általánosabb planetológia vagy bolygótudomány témaköréhez, és közöttük nehéz is határt húzni. Az alábbiakban három, kifejezetten asztrogeológiai témakört tekintünk át. Ezek a közvetlen anyagvizsgálatok, a felszíni alakzatok távoli térképezése és az égitestek kémiai, valamint ásványtani jellemzőinek azonosítása.

Az első geológus a Holdon

A geológus terepi munkával szerzi ismeretei jelentős részét a Földön. Térképezi a felszíni képződményeket, és ebből a keletkezés körülményeire következtet. A munkának azonban csak egy része zajlik a terepen, távérzékeléses méréseket, geofizikai vizsgálatokat, űrfelvételeket is használnak már napjainkban. Ilyen munka más égitesteken is végezhető - a terepi kutatás kivételével. Utóbbira csak egyetlen példa volt eddig, egyetlen geológus látogatta meg a Holdat és dolgozott a felszínén.

Terepbejárás a holdautóval a földi teszt során (balra) és élesben kísérőnk felszínén (jobbra)

Az utolsó Apollo holdexpedíción, 1972 decemberében az Apollo-17 fedélzetén szállt le kísérőnkre az első kutató - korábban csak katonák voltak az űrhajósok, igaz, alapos és célirányos kiképzést kaptak előtte a Földön. Harrison Schmitt geológus ekkor végzett helyszíni vizsgálatokat kísérőnkön. Felszerelése és lehetőségei nem sokban különböztek az őt megelőző expedíciókétól, az eltérés a tudásban és a sokéves tapasztalatban volt, amelyet terepi geológusként bolygónkon szerzett.

A holdautóval három utat tettek meg kísérőnk felszínén a leszállóegység közelében, összesen 25 óra időtartam alatt, mintegy 50 kilogramm kőzetmintát gyűjtve. A feladat elsősorban a megfelelő minták kiválasztása és összegyűjtése volt, amelyeket később bolygónkon elemeztek részletesen. A kalapács a geológusnak a Holdon is fontos segédeszköze volt - bár kísérőnkön nem játszott akkora szerepet, mint a Földön. Bolygónkon egy kalapáccsal pattintható le a kőzetek felszínéről az őket borító átalakult málladéktakaró.

Idős kőzet a Holdról

Balra: az első Holdon dolgozó geológus általa begyűjtött Troctolite 76535 jelű holdkőzetminta. Ez az egyik legérdekesebb szikla kísérőnkről, amely a Hold fejlődésének korai időszakában keletkezett mélységi kőzet. A becslések alapján 10-20 kilométer mélyen megszilárdult kőzet az egyik legidősebb Holdról származó anyag, és kísérőnk fejlődésének kezdeti szakaszában keletkezett, amikor belsejének még jelentős része olvadt állapotban volt.

A holdfelszíni geológiai munka révén sikerült megállapítani, hogy kísérőnk felföldeknek nevezett területeinek kora 4,6 milliárd év körüli, míg a sötét bazaltos síkságok közel 3,2 milliárd évesek. Azonosítottak úgynevezett KREEP bazaltokat, amelyek a Hold igen korai vulkáni időszakáról árulkodtak, és rámutattak, hogy a Hold felszíne alatt egykor globális olvadt magmaóceán volt. Első alkalommal sikerült egyértelműen bizonyítani, hogy a felszíni kőzetek a becsapódások töredező hatásának nyomait mutatják. Kiderült továbbá, hogy a Holdat kialakító anyag a Föld külső rétegéről robbant le, feltehetőleg egy ősi, hatalmas becsapódás keretében. További eredmények a holdraszállás évfordulója kapcsán készült cikkünkben olvashatók.

Munka az Apolló-16 expedíció során (NASA)

Forrás: ELTE, Bérczi Szaniszló

Holdkőzetek az ELTE-n

Az Eötvös Loránd Tudományegyetem Természettudományi Kara (ELTE TTK) 1993-ban kötötte meg az első Nemzetközi Holdi Kőzetminta Kölcsönzési Egyezményt a NASA Lyndon B. Johnson Űrközponttal, majd egy évvel később kapta meg először a mintákat.

Az együttműködés azóta is sikeresen zajlik, és már 15 éve rendszeresen használják a kőzetminta készletet oktatási és kutatási célokra.

Feltérképezett égitestek

Egy égitest felszínének jellemzőit és összefüggéseit legkönnyebb térképeken bemutatni. A planetáris kartográfia a földi térképészeti gyakorlattól eltérő elemeket és megközelítéséket is alkalmaz. Ennek egyik oka, hogy bolygónkon ismeretlen felszínformák, például a Vénuszon megfigyelhető koronák, a Miranda uránuszholdon mutatkozó a körkörös alakzatok, vagy a különféle szokatlan, a a jeges égitesteken megfigyelt repedésmintázatokat is ábrázolni, értelmezni kell.

A Mars szín-magasság ábrázolású térképe. A felhasznált árnyalatokban a mély területeknél mellőzni kellett a kéket, mivel az a földi tapasztalat nyomán a térképet szemlélőben a víz jelenlétének benyomását kelti (Hargitai H.)

Érdekes feladat a különféle vetületek kezelése az asztrogeológiában. Az apró égitestek alakja ugyanis se gömbre, se forgási ellipszoidra nem hasonlít - ennek ellenére pontos térképek készíthetők a kisbolygók és üstökösmagok felszínéről is. Furcsa felszínformákat is fel kell tüntetni ezeken, amelyek a Földről ismeretlenek, mint például a "portócsák". Emellett a sajátos alak és a tengelyforgás egyedi jellemzői miatt külön térkép kell a gravitációs tér szintfelületének ábrázolásához - egy kisbolygón a fent és a lent iránya nem egyértelmű.

Az Eros kisbolygó hengervetületű térképe (háttérben) és valódi alakja (balra lent)

Bolygóméretű történelemkönyvek

Az égitestek felszínformái, kémiai átalakulásokkal képződött ásványai, valamint üledékes kőzetei mind a múltban zajlott folyamatok nyomát képviselik. Ahogy a fák évgyűrűi a csapadékos vagy a száraz, a melegebb vagy a hűvösebb időszakokról mesélnek, úgy adnak ismereteket az égitesteken lévő üledékes kőzetek, kémiai átalakulásnyomok a régmúltról. A Mars felszínén lévő mállástermékek összetételét vizsgálva például a felszíni hőmérséklet- és nedvességviszonyok, valamint a folyadékok kémhatása rekonstruálható - minden eltérő időszak létrehozta a maga mállástermékeit és kémiai átalakulásait.

A korábban említett geológuskalapács a távérzékeléses megfigyelések alkalmával nam használható - ennek megfelelően a kutatók elsősorban a meredek omlások falát, friss becsapódások helyét, vagy a szél által tisztára koptatott kőzekfelszíneket elemzik. Így lehet az eredeti, üde állapotú kőzetanyagot megfigyelni.

Az Aureum Chaos nevű terület képe a Marson (balra), és egy kisebb részletének színképelemzéssel meghatározott, eltérő összetételű részei (jobbra)

Hasonló vizsgálat, de korlátozottabb formában például a kisbolygókon is elvégezhető. A távoli égitestekhez nem tudunk eljutni, de színképelemzéssel megvizsgálhatjuk felszíni anyagaikat, amelyek alapján ki lehet mutatni, hogy a légkör nélküli világűrben is mállik a felszínük. Különféle hatásoktól változik a szemcsék mérete, összetétele, egyes vidékek kiszáradnak, mások pedig az odavándorló H₂O-molekulák révén nedvesebbek lesznek. A kisbolygók egy-egy darabja alkalmanként meteoritok formájában bolygónkra hullik, és akkor mikroszkóp alatt is elemezhető a belsejük, amiből az ősi Naprendszer viszonyai rekonstruálhatók.

Az égitestek felszíni kémiai és színképi jellemzői akkor adják a legtöbb ismeretet, ha eltérő forrásból szerzett, különböző módszerekkel nyert adatokat együttesen ábrázolnak. Erre látványos példa, amikor az égitestek felszíni képeit, egyszerű színképi jellemzőit egy domborzatmodellen tüntetik fel. Ez esetben a felszín topográfiája megmutatja, milyen típusú területeken fordulnak elő az egyes ásványok, és arra is következtetni lehet, hogyan oszlanak el a felszín alatt.

Sztereóképek elemzésével létrehozott térhatású domborzatmodell a Iapetus szaturnuszhold egyik hegycsúcsáról (háttérben), az oldalán világos jégfoltokkal, balra lent pedig az ilyen vizsgálatokhoz szükséges eszközzel (USGS, LPI, Paul Schenk)

Asztrogeológia a harmadik évezredben

Az asztrogeológiai kutatásokhoz szükséges adatok többsége az elmúlt 30-40 évben született, és a bolygókutató űrszondák várhatóan a jövőben is ilyen ütemben szolgáltatnak majd új ismereteket. Napjaink tendenciái között említhető, hogy a szakemberek több módszerrel is bepillanthatnak már a felszín alá a távolból, egyetlen kalapácsütés nélkül. A felszín alá behatoló radarokat, neutron-spektrométeres méréseket már jelenleg is használják a Mars sziklákkal borított gleccsereinél vagy a Hold sarkvidéki krátereiben az eltemetett jég vizsgálatában - persze ez nem pótolja a helyszíni elemzést.

Felmerült az ötlet, hogy a legidősebb földi kőzeteket nem is saját bolygónkon, hanem inkább a Holdon kellene keresni. Az ősi Föld anyagából a hatalmas becsapódások során kirobbant kőzetek egy része ugyanis kísérőnkre hullhatott, és azóta ott alig változott - persze nehéz lehet megtalálni az ilyen töredékeket. Szintén nem egyszerű, de még fontosabb lépés lesz majd az emberes geológiai munka a Marson, amely az űrszondás vizsgálatoknál nagyságrenddel több ismeretet ad.