Bérczi Szaniszló, egyetemi docens,
Kozmikus Anyagokat Vizsgáló Űrkutató
Csoport, ELTE TTK
1968 februárjában szállt le
símán a Holdra a NASA utolsó Surveyor típusú űrszondája, s decemberben
már az Apolló 8 űrhajósai tanulmányozták hold körüli pályáról égi kísérőnket.
Az 1968-as esztendő eseményei már sejteni engedték a rákövetkező 4 év eredményeit.
A Holdról gyűjtött mérési anyag és főleg a kőzetminták máig munkát adnak
a planetáris geológia és a kozmopetrográfia kutatóinak. Jómagam akkor érettségiztem,
s életemre nagy hatást gyakorolt 1968-nak e két sorsdöntő eseménye.
A Surveyor 7 a Tycho kráter
sziklás lejtőjén szállt le, távol a holdi egyenlítőtől. E nehezebb megközelíthetőségű
tájra merészkedés is mutatta, hogy az emberrel történő holdraszállás előtt
az utolsó robottal már a legkockázatosabb feltételeket is vállalhatták.
Igen, a nagy űrverseny finisében robottal és emberrel egyaránt készülődtek
a nagy feladatra, s csak ma, a Marson újra megjelenő nagy feladat vetette
föl a robottal vagy emberrel dilemmát.
Miért olyan rendkívüli jelentőségűek
ma is az Apolló expedíciók. Azon kívül, hogy az űrtenger-hajózásban a kolombuszi
utazásokat jelentették, a helyszíni anyagvizsgálat és anyaggyűjtés szempontjából
döntő előrelépés volt ez a 6 holdutazás. Addig csak a meteoritek voltak
idegen égitestről származó, de kézbe is vehető anyagaink. Az Apolló expedíciók
óta űrtechnológiákkal ideszállítottak is vannak. (Volt még három űrszonda
szállítású gyűjtés is: a Luna 16, -20, -24.)
Hangsúlyozzuk, nem csak az
anyagminták jelentettek forradalmi lépést a kutatásban, hanem a másik égitest
felszínén végzett mérések is. (A szeizmikus, elektromágneses vezetőképesség
és talajvizsgálatok, stb.) A kihelyezett és ott hagyott műszerek még hosszú
ideig továbbították a Földre későbbi események jelzéseit is. Vegyük most
sorra a legfontosabb anyagvizsgálatokat és holdi műszeres kisérleteket,
de úgy, hogy a máig nyúló tanulságokat vegyítsük az elvégezhető tennivalók
bemutatásával is.
ÁSVÁNYTAN, KŐZETTAN, GEOKÉMIA
A Hold felszínén található
kőzetek két fontos okból is mások, mint a földiek. Először azért, mert
más volt a Holdnak a belső története, amely a kőzeteket "kitermelte". Másodszor
azért, mert mások a holdi felszíni viszonyok, melyek a kőzeteket átalakítják.
Mindkettőről kicsit részletesebben is tájékozódunk.
Ha Földünket madártávlatból
szemléljük, s gondolatban lehántjuk az óceáni vízréteget, két fontos kőzettípust
azonosíthatunk a felszínen: a tengerfenék bazaltjait és a kontinensek gránitos
átlagösszetételéhez kapcsolódva megjelenő felszíni üledékeket. Ugyanezzel
a felbontó képességgel nézzük esténként a Holdat is, és azon is sötét (ma
már tudjuk bazaltos) "tengereket" és világos (ma már tudjuk: anortozitos)
felföldeket látunk. Rögtön észleljük: a két égitesten "közös" kőzettartomány
a bazaltos.
Nemcsak a kőzet-színképek
vizsgálata, hanem a magmás kőzettan is megtanított bennünket arra, hogy
a kőzetbolygók kőzetei között a "közös nevező" a bazalt. Bár a holdi tengerek
sőtét színéből sokan sejtették, hogy a síkságokat lényegében bazaltos kőzet
alkotja, biztosak ebben először a Surveyorok mérések után lehettünk, amit
azután Apolló kőzetminták részleteztek, de megerősítettek.
Ennek igazi okára a földi kutatásban is csak a 60-as években találtak: a földi felszínre ömlött bazaltok parciális olvadékai a földi köpenynek. A köpeny összetétele viszont lényegében kondritos, azzal a különbséggel, hogy belőle a vas kiolvadt és a magban gyűlt össze. A kondritos anyag a Naprendszer ősi, meteoritekben még ma is megőrződött anyaga. Sokmindenben közös, hasonló összetételű, ezért minden bolygótesten, így a Holdon is megtalálható a kondritos köpeny, s még néhányszáz kilométeres kisbolygókon is létre tudott jönni belőle, kiolvadással, a bazalt. Ilyen kisbolygó például a Vesta. Ilyen és másféle bazaltos meteoritokat a holdkőzetek előtt is ismertünk. Néhányukról például kimutatták, hogy - naprendszeri időben tekintve - fiatalok. Ezekről feltételezték, később igazolták, hogy a Marsról származnak. Csak a Holdról nem volt még anyagunk, s a meteoritek között sem tudtunk addig holdkőzetet azonosítani, míg magukat az eredeti holdkőzeteket nem tanulmányoztuk.
NASA HOLDKŐZET VÉKONYCSISZOLATOK
MAGYARORSZÁGON
Ma már, 1994 óta, a magyar
egyetemisták is vizsgálhatnak holdkőzeteket. A NASA Johnson Űrközpontjában
készítettek 20 db készletet, s ezek mindegyike 12 vékonycsiszolatot tartalmaz.
Néhányról itt is bemutatunk felvételeket. A készleteket egyetemek kaphatják
kölcsön. (Idén harmadszor jutott el hozzánk az ELTE-re a készlet.). Vizsgálatukkal
keresztmetszetet kaphatunk a Hold kőzeteiről és segítségükkel fölvázolhatjuk
még a Hold fejlődéstörténetét is.
A NASA készletben négy minta
képviseli a bazaltokat. Talán a legszebb a narancs színű talaj. Pikrites-bazaltos
lávaszökőkút spriccelte széjjel a parányi olvadékcseppeket, melyek gyorsan
üveggé dermedtek (74420), s így megőrizték a holdi köpeny olvadék-összetételét.
Ezek a leggyorsabban lehült "bazaltok".
Ásványok nyalábjai figyelhetők
meg egy másik, szintén gyorsan lehült olvadék kristályos anyagában (12002).
(Ilyen tűs kristályok keletkeznek akkor is, amikor a Tapolcai Bazaltgyapot
Gyárban forgó hengerekre csorgatják vékony sugárban a megolvasztott diszeli
bazaltot). A holdi piroxén-tűkristályok körbeveszik a korábban a mélyben
már megnőtt és a magma által fölhozott olivin-kristályokat s így alakítják
ki a porfiros szövetet.
A harmadik bazalt (70017)
a mi szarvaskői (DNY. bükki) gabbrónk rokona, mert nagy a titántartalma.
Ettől sok benne a fekete ilmenit kristály. Néha előfordul benne a holdon
fölfedezett vas-titán oxid ásvány, az armalcolit is. A negyedikben a késői
nagy szemcsékbe ágyazottan láthatók a korábban kivált és szép, saját alakkal
rendelkező kristályok (12005). Ilyen sorozatot földi bazaltokból is összeállíthatunk,
de azok nem ilyen üdék, frissek, pedig a holdi minták 3,2-3,8 milliárd
éves kőzetekből készültek.
Amit még bemutatunk a holdkőzetekből,
az a híres holdi anortozit, a felföldek anyaga. Szinte kizárólag csak földpát
kristályokból áll, s valamikor szép nagy szemcsék alkották, melyek már
a sok ütközéstől, becsapódástól, rengéstől összetöredeztek (60025). Még
tördeltebb ásványvilág szökik a szemünkbe a breccsákat megfigyelve a mikroszkópban.
A becsapódás "malma" őrli, a forgószele teríti, s a forrósága összesüti
a törmeléket. A breccsák némelyike sokszor átesett ezen a tortúrán, ezért
alakulhatott ki a "breccsa-a-breccsában" szövete (14305).
Holdi kőzettan órákon már
több száz tanuló vett részt, s a magyar Űrtáborok "diák-űrhajósai" is láthatták
őket. Számukra a holdkutatásnak ez a formája kézzelfogható élménnyé vált.
Más eredmények távolabbiak, teoretikusabbak. A becsapódások vizsgálatára
szeizmikus mérőállomásokat állítottak föl az űrhajósok, s azok azóta számos
kisebb nagyobb holdi rengést jelentettek. Kráterformáló nagy ütközést azonban
legutojára az angol ferencesek észleltek a Centerbury Kolostorban, 1178-ban.
Carl sagan ötlete volt, hogy az akkori becsapódás, mint egy nagy harangot
a nyelve ütése, a Holdat még most is halk rengésben tartja. A Holdra tett
lézertükörrel sikerült is kimérni ezt a gyenge lengést. Nálunk is vetített
Kozmosz sorozatában erről maga Sagan számolt be.
SURVEYOR, HUNVEYOR, TEVÉKENY ŰRKUTATÁS
ITTHON IS
A felszín anyagát, a holdi
talajt, sokféle műszerrel vizsgálták az űrhajósok. Azt, hogy ilyen vizsgálatokból
is lehet diákcsemege, azt a mi ifjúsági űrkutató csoportunk is szeretné
közreadni. A talaj hőmérsékletének, elektromos vezetőképességének mérését,
egy fúrást a talaj anyagába, s onnan minta kivételét, árok ásását s még
néhány egyszerű kisérletet mi megterveztünk és néhány kisérletet már el
is készítettünk az ELTE szép új lágymányos épületében. A Hunveyor gyakorló
űrszondával dolgozunk, s azzal ünnepeljük az emberiség holdraszállását,
hogy mi is tevékeny, kisérletépítő űrkutatásban gondolkozunk. A Surveyor
1/3-ados méretű változatát építjük, s ezt neveztük el Hunveyornak (Hungarian
University Surveyor).
Hallgatóink számára más munka
is megvalósult már a tevékeny űrkutatásból. Hargitai Henrik V. éves geográfus
hallgatónk a 1998-ban a NASA houstoni űrközpontjában volt nyári gyakorlaton.
Az Io hegyeit tanulmányozta Paul Schenk NASA kutatóval. Az a munka, ami
a Hold geológiai föltérképezésével kezdődött a 60-as évek elején, ma a
Jupiter holdjainak térképezésénél tart. Bárki bekapcsolódhat. Jómagam a
60-as években nagy élvezettel gyűjtöttem a hold geológiai térképeit, melyekből
már akkor is szobányi területet lehetett lefedni. A US Geological Survey-nél
külön térképek készültek az egyes leszállási helyekről. Ilyen geológiai
holdtérképeken tudjuk legszemléletesebben összefoglalni mindazt, amit az
Apolló expedíciók jóvoltából a Holdról megismertünk.
PLANETOLÓGIA, HOLDTÉRKÉPEK, FELSZÍNTÖRTÉNET
A geológiai térképeken a kőzettestek
a "főszereplők". Azokat a kőzettesteket ábrázolják, szép színes formában,
amelyek a felszínre nyúlnak. Térképezik a felszínen megfigyelhető formákat
és arra törekszenek, hogy azokat még a felszín alá nyúlásukban és nyomon
kövessék. A kőzettest rétegekből rétegtani (sztratigráfiai) egységeket,
sorozatokat állítanak össze.
A földi rétegtan alapelveit
követve térképezték föl a Holdat is. A legfiatalabb rétegek vannak legfölül,
s az egyre idősebbek rendre lejjebb sorakoznak. (Steno 330 éve megjelent
cikkében fogalmazta meg először ezt a rétegtani alaptörvényt.) A település
sorrendjéről a rétegek átfedési viszonyai tudósítanak, de a távolabb eső,
egymásra nem nyúló rétegeket is össze kell hasonlítani. Ilyenkor kráter-statisztikát,
vagy más módszert is igénybe vesznek, hogy a rétegek oldalirányú folytonosságát
bizonyitsák.
A holdon a legfiatalabbak
a sugársávos kráterek (Kopernikuszi emelet), ezeket követik lejjebb a még
mindig fiatalosan tagolt, de sugársáv nélküli kráterek (Eratoszthenészi
emelet). Mindkettő foltnyi réteg csak, bár a Tycho vagy a Kopernikusz kráter
sávjai messzire nyúlnak, különösen telihold idején láthatjuk ezt. A foltnyi
rétegek alatt nagy kiterjedésű két réteg következik: az Imbrium medence
rétege (Imbriumi emelet), és a Nektár medence rétege (Nektári emelet).
Legalul fekszik a krátermezőkkel borított terravidékek (pre-Nektári) emelete.
Ezt a relatív sor az, amit
"az óránkhoz igazított" a hozott holdkőzeteken elvégzett abszolut kormeghatározás.
Míg a földi korokat csak legfeljebb 100 millió évekkel mérjük (ezeket középiskolás
tanulmányaink során a bennük lévő fossziliákkal is, és abszolut korukkal
is megismerhetjük, s ez a ca. 600 millió éves paleo-, mezo- és kaino-zoikum
emeltsorozat), addig a holdi korokhoz milliárd éveket emlegetünk. Leegyszerűsítve
azt mondhatjuk, hogy minden ott a Holdon tízszer olyan idős, mint a párja
a Földön.
Ez persze túlzott egyszerűsítés,
mert a Földön is előfordulnak 3.8 millirád éves kőzetek, mégis, ezek ritkák.
Ha az óceáni bazaltok többségükben néhány 100 millió évesek, a holdi bazaltok
tizszer ilyen idősek, s ahogy már láttuk a kőzetmintáknál, koruk 3,2 és
3,8 milliárd év között változik. A holdi terrák anortozija még idősebb,
eléri némelyik a 4,2 millirád évet is. A breccsák a legfiatalabbak, s van
közöttük néhány 100 millió éves is. Ez a kormeghatározás az, amit nem lehet
távolból elvégezni.
Azokkal a kőzetmintákkal,
amelyeket a térképezésből már ismert geológiai környezetből gyűjtöttek,
rekonstruálni lehetett a Hold fejlődéstörténetét is. A holdi terrák anortozitjai
és a bennük mért ritka földfémek eloszlása különös és fontos eseményt bizonyított.
Egykor a Hold külső rétegei megolvadtak s 4,4 milliárd évvel ezelőtt hatalmas
magmaóceán borította a Holdat. A magmaóceán lehülése során a plagioklász
földpát (CaAl2Si2O8) az olvaékzóna tetején gyűlt össze s létrehozta a világos
színű felföldek anortozitját. A nagyobb sűrűségű ásványok az olvadékzóna
aljára sűllyedtek. Ez a differenciálódás hosszú ideig tartott. A vastagodó
holdi kéregre történtek a nagy körkörös medencéket létrehozó becsapódások,
melyek feltördelték a holdi kérget. A töréseken át bazaltos láva szivárgott
a felszínre és közel egy milliárd éven át működő vulkáni tevékenységgel
feltöltötte a medencéket. A bazaltok a hold köpenyéből származnak. Némelyik
közülük titánban igen gazdag, mint például az Apolló 11 leszállási helyéről
gyűjtöttek is.
A bazaltos vulkanizmus csendesedésével
a nagy felszínformáló események elültek. Az egyre vastagodó holdi kéregre
egyre kevesebb becsapódás történt. A folyamatos kráterbombázás a talajt
állandóan őrli és süti össze breccsákká. A NASA holdi vékonycsiszolat
gyűjteménye több változatukat is bemutatja. A breccsa a breccsában
szövet mellett a talaj anyagából összesült breccsát is tartalmaz. Ebben
parányi üveggyöngyök is találhatók, amelyek a narancs színű talaj gömböcskéitől
eltérően becsapódáskor megolvadt anyagból keletkeztek. Hasonló becsapódási
szferulák a Földön is előfordulnak. Főleg a nagy korszakhatárokkal egybeeső
becsapódások rétegeiben találhatók. Erre a jelenségre, hogy szferulákkal
is lehet nagy rétegeket azonosítani, szintén a holdi anyagok vizsgálata
hívta föl a figyelmet. Csakúgy, mint a külső rétegek kezdeti megolvadására,
a Földön is, a holdi anortozitos kéreg keletkezésének fölismerése után
gondoltak először.
APOLLÓ TALAJOK HÁROM ÖSSZETEVŐBŐL
Az Apolló expedíciók kutatási
eredményeire építve a NASA 1970-ben szervezte meg először, s azóta minden
év március harmadik hetében megtartja Holdi és Planetáris Tudományok Konferenciáját
Houstonban. (Magyarország az idei, 30. LPSC konferencián 12 közleménnyel
szerepel.) Egy frappáns mindenki számára érthető szép eredménnyel zárjuk
megemlékező cikkünket az Apolló holdkutatásról. Már láttuk, hogy a fotogeológia
két nagy kőzettartományt térképezett a Holdon. Leegyszerűsítva a mare bazaltokat
és a felföldi anortozitokat. Az Apolló leszállási helyek breccsáinak vizsgálatai,
valamint az azóta Hold köré állított Clementine és Lunar Prospector űrszondák
sugárzásvizsgálatának eredményei azonban egy harmadik, ugyanennyire fontos
komponens jelenlétét is kimutatták. Ez pedig a Káliumban, Ritka Föld-Fémekben
és Phoszforban (KREEP) gazdag összetevő. Ma az Apolló leszállási
helyek anyagát e három összetevőből jól "ki lehet keverni". A geokémiai
mérések azonban azt is kimutatták, hogy fémvas-nikkel-kobalt komponense
is van a KREEP-anyagnak. Ezért egy hatalmas vas-összetevőjű meteorit becsapódásának
tulajdonítják a KREEP anyag szétterítését a Holdon. Maga a KREEP pedig
egy korai holdi forró pont (Korotev, 1998) differenciálódási terméke lehet.
A holdraszállás igazi tudományos
eredményei fokozatosan beépülnek ismereteink közé. Részben mint földtudományi,
ásvány-kőzettani eredmények (új ásványok: armalcolit, tranquillityit, pyroxferroit),
égitest-történeti (réteg-korok, bazaltok abszolut kora 3,1-3,9 milliárd
év, a holdi kéreg keletkezése 4,4 milliárd év), hold-szeizmikai (holdrengések)
és mélyszerkezeti (parciálisan megolvadt tartomány 1000 km mélyen lehet
már) eredmények. A Hold keletkezésének legvalószínűbb elméletét is az Apolló
expediciók által elhozott holdkőzetek vizsgálata segítette életre 1984-ben
(de erről az É. és T. már írt.) Az ember részvételével szerzett élettani
eredmények egy külön írásban láttak sorozatunkban napvilágot.
Az idő múlásával a korszak
emberiség léptékű úttörő jellege őrződik meg leginkább. Egy újságcikk 1989-ben
azt irta: Firenzében a Duomo kupolájának megépítése volt a reneszánsz Apolló
programja. Brunellesci kupolája azóta is koronázza a városképet. A huszadik
század tudományát is igy koronázzák majd az utókor szemében az Apolló expedíciók
holdraszállásai.
Almár I. (főszer.) 1985: Űrhajózási
Lexikon. Zrinyi K. Budapest
Bérczi Sz. 1991: Kristályoktól bolygótestekig.
Akadémiai Kiadó, Budapest
Korotev R. 1999: Lunar Terranes,
the Composition of the Regolith. LPSC99, #1302.
Meyer C. 1987: Holdkőzetek. NASA
Cur. B.P.No.76. (ELTE, 1994)
Wilhelms D. 1987: The Geologic History
of the Moon. USGS-PP-1348. Washington
(c) Bérczi Szaniszló
2001.04.