Aktywność wulkaniczna w rejonie krateru Alfons
Badania powierzchni Księżyca pozwoliły wysunąć naukowcom wniosek, że wulkaniczna aktywność srebrnego globu trwała w okresie od 3,5 miliarda lat do 1 miliarda lat temu. Jej efekty widzimy np.
w postaci ciemnych obszarów na powierzchni Księżyca (zwanych "morzami"), kanałów lawowych czy kopół. Jednak najnowsze wyniki analiz sugerują, że aktywność tego rodzaju nie skończyła się gwałtownie miliard lat temu,
tylko stopniowo wygasała aż do czasów bliższych niż 50 milionów lat temu.
Grupa, którą kierowała Sarah Braden, zidentyfikowała 70 małych struktur geologicznych rozproszonych po obszarach księżycowych mórz. Struktury te są małe, o średnich rozmiarach mniejszych niż 500 metrów.
Jedną z takich struktur sfotografowano w latach siedemdziesiątych w ramach misji Apollo 15. Już wtedy przypuszczano, że "Ina", bo tak nazwano strukturę, może mieć zaledwie 10 milionów lat i być efektem działalności wulkanicznej.
Najnowsze zdjęcia w wysokiej rozdzielczości z sondy Lunar Reconnaissance Orbiter pozwoliły zbadać temat w szerszym zakresie. Wiek struktur szacowano na podstawie liczby i rozmiarów kraterów na danym obszarze.
Okazuje się, iż struktura wulkaniczna "Ina" ma 33 miliony lat, a inna nieregularna struktura, "Sosigenes", zakończyła swoje formowanie zaledwie 18 milionów lat temu.
Fotografia 1. Struktura Ina na powierzchni Księżyca.
Innymi strukturami na powierzchni Księżyca są same kratery. Jak się podejrzewa większość z nich ma pochodzenie uderzeniowe, ale część może być pozostałościami po aktywności wulkanicznej i być kalderami prechistorycznych wulkanów.
Wiele takich obiektów znajduję się w rejonie płaskowyża Marius Hills, który był w przeszłości aktywny wulkaniczne.
Fotografia 2. Struktura Sosigenes na powierzchni Księżyca.
Obecnie nie obserwuje się żadnej aktywności wulkanicznej na Księżycu, co nie oznacza, że taka nie istnieje. Potwierdzeniem tej tezy była obserwacja krateru Alfons jaką dokonał astrofizyk radziecki Nikołaj Aleksandrowicz Kozyriew (1908-1983) w
dniu 3 listopada 1958 roku. Oto oryginalny opis obserwacji: "W widmach krateru Alfons nie zauważono żadnych osobliwości, aż do nocy z 2 na 3 listopada. 3 listopada nad ranem otrzymano trzy widma krateru Alfons.
Szczelina spektrografu przecinała obraz krateru wzdłuż średnicy, przechodząc przez górkę centralną. Podczas wykonywania pierwszego zdjęcia widma (1h czasu uniwersalnego) podczas kontroli ustawienia szczeliny zauważyłem,
ze zdziwieniem znaczne zamglenie i niezwykły, czerwonawy odcień górki centralnej. (...) Następne widmo krateru Alfons uzyskano dopiero po przerwie, pomiędzy godz. 3:00 a 3:30.
Zdumiała mnie niezwykła jasność i białość widocznej przed szczeliną górki centralnej krateru. Podczas prowadzenia lunety nie odrywałem oczu od okularu. Zauważyłem niespodziewanie, że jasność górki zmalała nagle do normalnej.
Naświetlanie kliszy zostało wtedy natychmiast przerwane. Następna ekspozycja trwała od 3:30 do 3:40 przy tym samym położeniu szczeliny".
Fotografia 3. Powierzchnia Księżyca z zaznaczonym kraterem Alfons.
Dokładną analizę uzyskanych przez Kozyrewa w dniu 3 listopada 1958 roku trzech spektrogramów krateru Alfons przeprowadzili uczeni radzieccy A. Kaliniak i L. A. Kamionko w Leningradzie (obecnie Petersburg).
Na pierwszym z nich dał się zauważyć spadek jasności górki centralnej krateru Alfons w świetle fioletowym o około 15-20%, co było związane z pochłanianiem światła.
Na drugim spektrogramie nie było już tego widać, pojawiły się natomiast gazowe linie emisyjne na tle wielu pasm widma górki centralnej.
Fotografia 4. Zdjęcie krateru Alfons wykonane przez sondę Ranger 9.
Trzeci spektrogram ukazywał normalny, wielokrotnie uprzednio obserwowany charakterystyczny wygląd widma górki centralnej krateru (ściślej widma światła słonecznego odbijanego przez tę górkę).
Zatem mniej więcej o godzinie 3:30 zjawisko zakończyło się, zaczęło się zaś ono prawdopodobnie nie później niż o godz. 1:00.
Również i dwa spektrogramy krateru Alfons uzyskane w nocy z 3 na 4 listopada 1958 roku ukazały normalny wygląd widma górki centralnej tego krateru.
Przyczyny niezwykłego wyglądu pierwszych dwóch widm górki centralnej krateru Alfons były interpretowane następująco: "W czasie, gdy był uzyskiwany spektrogram pierwszy,
górka centralna krateru otoczona była prawdopodobnie rzadkim pyłem, który pochłaniał promieniowanie o małej długości fali. Na drugim spektrogramie są niewątpliwie widoczne linie emisyjne, co oznacza,
że w okresie pomiędzy 1:00 a 3:30 (czasu uniwersalnego) z górki wydostawały się przez pewien czas bardzo rozrzedzone gazy".
Fotografia 5. Zdjęcie krateru Alfons wykonane przez sondę Lunar Reconnaissance Orbiter.
Pod wpływem krótkofalowego i korpuskularnego promieniowania słonecznego zaczęły one fluoryzować w momencie, gdy złożone ich cząsteczki fotodysocjowały na składniki prostsze: spowodowało to ukazanie się w widmie pasm i linii emisyjnych
(a więc nie było to świecenie rozżarzonych "gazów wulkanicznych", jak to podawały niektóre gazety!). Najbardziej jasne (o 40% jaśniejsze niż normalnie) było pasmo 4740A, występujące zresztą także w widmach komet,
związane z cząsteczkami węgla (C2).
Fotografia 6. Centralne wzniesienie krateru Alfons wykonane przez sondę Lunar Reconnaissance Orbiter.
Pochodzenie tego pasma nie jest zupełnie jasne; trudno pojąć, skąd wziął się węgiel w gazie wydzielanym z przypowierzchniowych warstw Księżyca. Trudno sobie wyobrazić,
by w warstwach tych znajdowały się pokłady węgla kamiennego czy też ropy naftowej. Drugi i trzeci z uzyskanych przez Kozyrewa spektro-gramów widma górki centralnej krateru Alfons przedstawia fotografia nr 5.
Fotografia 7. Widma krateru Alfons uzyskane przez N.A. Kozyrewa i W.J. Jezerskiego w dniu 3 listoapda 1958 roku. Na górnym widmie widać poziomą, jasną smugę związaną z luminescencyjnym świeceniem gazów wydobywających się w pionowym przekroju krateru. Na dolnym widmie smugi tej nie ma.
Na gazowy charakter źródła linii emisyjnych w omawianym widmie wskazywał fakt, że źródło to było przesunięte względem szczytu górki centralnej o około 2 kilometry w kierunku, z którego padało światło słoneczne.
Oznaczało to, że fluoryzowała jedynie zwrócona ku Słońcu część obłoku gazu (o rozmiarach 3-5 km) wydobywającego się z górki centralnej krateru. Wobec pochłaniania w zewnętrznych warstwach tego obłoku promieniowanie
słoneczne nie mogło dysocjować cząsteczek gazu w głębszych jego warstwach.
W oparciu o natężenie linii emisyjnych w widmie można było ocenić koncentrację obłoku gazowego w pobliżu górki centralnej. Była ona rzędu 10^10-10^11 cząsteczek gazu w centymetrze sześciennym.
Jest to koncentracja nadzwyczaj mała. W ciągu sekundy, by mogła wystąpić obserwowana luminescencja, na powierzchnię Księżyca musiało się wydostawać 10^25 cząsteczek gazu
(tyle cząsteczek znajduje się w metrze sześciennym powietrza przy powierzchni Ziemi). Łączna ilość cząsteczek gazu, które wydostały się wówczas na powierzchnię Księżyca,
była rzędu 10^28-10^31 (co stanowiłoby przy ciśnieniu 1 kG/cm2 od tysiąca do miliona metrów sześciennych gazu). Pozornie mogłoby się więc wydawać, że z krateru Alfons wydzieliło się bardzo dużo gazów.
Uwzględniając jednak fakt, że podczas przeciętnego wybuchu wulkanicznego na Ziemi wydobywa się z wulkanu kilka miliardów metrów sześciennych gazów, stwierdzimy,
że zjawisko wulkaniczne obserwowane w kraterze Alfons było bardzo słabe — wiele tysięcy razy słabsze od przeciętnego wybuchu wulkanicznego na Ziemi.
Zjawisko przebiegało przy tym bardzo spokojnie, jako że chłodny gaz wydostawał się z małą prędkością (kilkuset metrów na sekundę) z górki centralnej i szybko rozpraszał się w przestrzeni nieomal identycznej z próżnią.
Dostrzeżenie przez Kozyrewa zjawiska wulkanicznego w kraterze Alfons zwróciło na ten krater uwagę wielu obserwatorów dzięki czemu dostrzeżono wiele ciekawych zjawisk zdarzających się w jego obszarze.
Na przykład 18 listopada 1958 roku dwaj amatorzy astronomii (z zawodu fizycy) H. F. Peppendick i W. H. Bond z San Diego w Kalifornii (USA) widzieli w ciągu 25-30 minut świetlisty, szarawy, nieregularny obłok
o rozmiarach rzędu 35 kilometrów, zasłaniający górkę centralną i środek dna omawianego krateru. Należy tu wspomnieć, że krater ów obserwował także znany badacz Księżyca W. H. Haas, nie dostrzegając niczego szczególnego.
19 listopada 1958 roku krater ten obserwował astronom brytyjski H. P. Wilkins, dostrzegając w nim niewielką, czerwoną plamkę na południe od centralnego wzgórza krateru, która — jego zdaniem — uprzednio nie była widoczna.
Spostrzeżenie to potwierdził on w grudniu tegoż roku. Plamkę tę widzieli także A.G. Hole i F. D. Bruin. G. P. Kuiper i G. E. Hali, obserwując krater Alfons przez teleskop ze zwierciadłem o średnicy 208 centymetrów,
nie zauważyli jednak zmian na jego obszarze. Zmian takich nie dostrzegli również J. Rosch i J. Focas na Pić du Midi, podobnie jak i znani selenologowie P. Moore i A. Harring.
Krater Alfons był nadal uważnie śledzony przez Kozyrewa. 23 października 1959 roku uzyskał on jeszcze jeden niezwykły jego spektrogram. Tym razem widmo miało taki wygląd, jak gdyby było wysyłane przez substancję o temperaturze
około 1000°-1200° stopni Celcjusza, zalegającą wokół górki centralnej na przestrzeni 0,3-2 km.
Fotografia 6. Zdjęcie krateru Alfons wykonane przez sondę Ranger 9. Widoczna ciemniejsza powierzchnia w rejonie czterech kraterów oznaczonych strzałką.
Niewykluczone więc, że krater Alfons do dziś przejawia aktywność wulkaniczną tym bardziej, że obserwacje naziemne wykazały nietypowe pociemnienie jego powierzchni w rejonie czterech niewielkich kraterów.
Ciemniejszy kolor regolitu został potwierdzony przez sondę Ranger 9. Zdjęcia wykonane przez tą sondę potwierdziły nietypowy kolor powierzchni wokół czterech kraterów wewnątrz krateru Alfons.
Zdjęcia z sondy Lunar Reconnaissance Orbiter dodatkowo odkryły dwa takie kratery.
Fotografia 6. Zdjęcie krateru Alfons wykonane przez sondę Lunar Reconnaissance Orbiter. Widoczne ciemniejsze obszary wokół siedmiu kraterów wewnątrz krateru Alfons.
Fotografia 6. Fragment krateru Alfons. Widoczny kanał lawowy przebiegający pod kraterami wokół których regolit jest nietypowo ciemniejszy.
Potwierdzeniem przeszłej aktywności w rejonie tego krateru są liczne kanały lawowe. Co ciekawe niektóre z nich przechodzą przez kratery otoczone ciemniejszym regolitem. Widać to wyraźnie na zdjęciach z sond Ranger 9 i Lunar Reconnaissance Orbiter.
Czyżby kratery te były źródłem gazów wydowybających się spod powierzchni Księżyca, a zaobserwowanych przez Kozyrewa?
Żródło:
Andrzej Marks: Księżyc. Państwowe Wydawnictwo Naukowe. Warszawa 1970
Do pobrania:
N. A. Kozyrew-Aktywność wulkaniczna na Księżycu