Księżyc nie jest tak spokojnym i niezmiennym światem, jak mogłoby się wydawać. Jego wnętrze stopniowo stygnie, a cała struktura powoli się kurczy, pozostawiając na powierzchni ślady potężnych sił działających pod ziemią. Naukowcy przeanalizowali tysiące takich form terenu i odkryli, iż skala tego zjawiska jest znacznie większa, niż wcześniej przypuszczano.
Najnowsze badanie opublikowane w czasopiśmie The Planetary Science Journal dostarcza jednego z najdokładniejszych dotąd oszacowań skali kurczenia się Księżyca. Zespół kierowany przez Thomasa R. Wattersa ze Smithsonian National Air and Space Museum zidentyfikował ponad 10 tys. młodych uskoków tektonicznych rozmieszczonych na powierzchni naszego naturalnego satelity.
Wyniki analiz wskazują, iż w ciągu ostatnich 400–800 mln lat promień Księżyca uległ zmniejszeniu o około 45 m.
Księżyc ma średni promień wynoszący około 1737 km. Zmiana o 45 m jest więc niemal niezauważalna w skali całego globu. Nie należy jej jednak lekceważyć. Przeciwnie, ślady kurczenia można znaleźć w wielu miejscach na powierzchni, a ich rozmieszczenie pozwala lepiej zrozumieć, jak zmieniał się Księżyc na przestrzeni setek milionów lat.
Jeśli tempo zmniejszania się promienia Księżyca utrzymywało się na stałym poziomie przez cały ten okres, oznaczałoby to, iż Księżyc kurczył się o około 6 do 11 cm na milion lat, czyli około 0,1 mikrometra (0,0001 mm) rocznie. To znacznie mniej niż średnie tempo ruchu płyt tektonicznych Ziemi, wynoszące około 1,5 cm rocznie i napędzane utratą ciepła z wnętrza Ziemi.
Tak Księżyc zdradza swoje tajemnice
Główną przyczyną jest stopniowe stygnięcie jego wnętrza. Księżyc powstał około 4,5 mld lat temu, a w początkowym okresie swojej historii był znacznie gorętszy niż obecnie. Od tamtej pory stopniowo traci ciepło, a materiał znajdujący się w jego wnętrzu ochładza się i zmienia swoją objętość.
Skorupa i górna część płaszcza tworzą sztywną powłokę. Gdy wnętrze Księżyca stopniowo traci objętość, powłoka ta podlega naprężeniom. Skały nie zawsze są w stanie wytrzymać narastające siły, dlatego dochodzi do pęknięć i przesunięć wzdłuż uskoków.
Właśnie takie struktury zbadali naukowcy. Ich analiza pozwala nie tylko oszacować skalę kurczenia się Księżyca, ale także ustalić, w jaki sposób proces ten wpływa na jego powierzchnię.
Badacze wykorzystali zdjęcia wykonane przez kamerę Lunar Reconnaissance Orbiter Camera (LROC), znajdującą się na pokładzie sondy Lunar Reconnaissance Orbiter. Statek ten od 2009 r. krąży wokół Księżyca, dostarczając szczegółowych obserwacji jego powierzchni. Przez lata misji instrumenty sondy zarejestrowały miliony obrazów, które pozwalają analizować choćby niewielkie struktury geologiczne.
Zespół skupił się na dwóch rodzajach form terenu: uskokach o kształcie łagodnych skarp, określanych po angielsku jako lobate scarps, oraz niewielkich grzbietach występujących na księżycowych morzach, rozległych, ciemnych równinach widocznych na powierzchni Księżyca.
Skarpy uskokowe na Księżycu. Skarpy uskokowe powstają wtedy, gdy skały po jednej stronie pęknięcia przesuwają się względem skał po drugiej stronie. W przypadku Księżyca często dochodzi do nasunięcia jednej części skorupy na drugą. W rezultacie na powierzchni pojawia się niewielki, ale wyraźny próg przypominający długą, zakrzywioną zmarszczkę.
Grzbiety księżycowych mórz są natomiast wyniesieniami terenu występującymi na rozległych, ciemnych równinach. Naukowcy przeanalizowali takie struktury zarówno na księżycowych wyżynach, jak i na morzach. Zidentyfikowanie ponad 10 tys. młodych uskoków pokazuje, iż ślady kurczenia się nie ograniczają się do pojedynczych regionów. Są rozproszone na dużej części powierzchni satelity.
Księżyc nie ma płyt tektonicznych jak Ziemia
Rozmieszczenie uskoków jest szczególnie interesujące ze względu na różnice między Księżycem a Ziemią. Nasza planeta ma 15 płyt litosfery, które przemieszczają się względem siebie. Ich granice są miejscami intensywnych procesów geologicznych, w tym trzęsień ziemi, powstawania gór i aktywności wulkanicznej.
Około 90 proc. aktywności tektonicznej i sejsmicznej Ziemi koncentruje się w pobliżu granic płyt. To właśnie tam naprężenia szczególnie często prowadzą do gwałtownych przemieszczeń skał.
Księżyc działa inaczej. Nie ma ziemskiej mozaiki ruchomych płyt tektonicznych. Jego zewnętrzna, sztywna powłoka zachowuje się raczej jak pojedyncza skorupa otaczająca całe ciało niebieskie. Kiedy wnętrze satelity stygnie i kurczy się, naprężenia nie skupiają się wyłącznie wzdłuż granic płyt, ponieważ takich granic po prostu nie ma.
W efekcie uskoki mogą powstawać w różnych miejscach na powierzchni. Dotyczy to również trzęsień Księżyca, czyli zjawisk sejsmicznych wywołanych między innymi przesuwaniem się skał wzdłuż istniejących pęknięć lub tworzeniem nowych uskoków.
To istotna informacja dla przyszłych misji załogowych. Księżycowe trzęsienia ziemi nie muszą występować wyłącznie w kilku przewidywalnych strefach. Potencjalnie mogą pojawić się w różnych regionach, także tam, gdzie ludzie będą budować infrastrukturę lub prowadzić długotrwałe badania.
Badanie ujawniło również, iż uskoki nie są rozmieszczone równomiernie. W jednych regionach występuje ich znacznie więcej niż w innych. Szczególnie interesująca okazała się zależność między ich liczbą a grubością skorupy księżycowej.
Według naukowców obszary, w których skorupa jest najgrubsza, wydają się mieć najmniej uskoków. Może to oznaczać, iż są one bardziej stabilne pod względem geologicznym niż regiony silniej poprzecinane pęknięciami.
