Kosminė geologija

Skriedama kosminėje erdvėje kartu su Žeme tarsi erdvėlaiviu, žmonija stengiasi kuo geriau suprasti kosminę aplinką, įvairių dangaus kūnų susidarymo procesus ir jų sandarą. Įgimto smalsumo vedami, kurdami išradingus instrumentus: teleskopus ir kosmines observatorijas, vis geriau įsivaizduojame mūsų planetos ir Visatos evoliucijos ypatumus bei ateitį. Tikimės įminti ir gyvybės atsiradimo Žemėje paslaptį. Šioje didingoje pažinimo kelionėje dalyvauja ne tik astronomai, bet ir daugybės kitų sričių mokslininkai. Pavyzdžiui, geologai, analizuojantys planetų, jų palydovų, asteroidų ar kometų sandarą.

Prof., geologas Gediminas Motuza sako: sudaromi geologiniai žemėlapiai, kurie rodo tų planetų sandarą, raidą, jų sudėtį. Tyrimai vyksta geologiniais metodais. Iš Mėnulio atvežti uolienų pavydžiai yra geologų rankose. Meteoritai irgi tiriami geologiniais metodais. Šiuo metu yra nustatyta maždaug 170 meteoritų gabalų iš Mėnulio, apie 70 iš Marso, vienas iš jo palydovo Fobo. Neseniai surastas meteoritas, kuris, kaip manoma atskriejo iš Merkurijaus.

Pastaruoju metu įspūdingi pasiekimai pilasi tarsi iš gausybės rago. Europos kosminės agentūros misijos „Roseta” zondas “Philae” nusileido ant Čiuriumovo-Gerasimenko kometos, o kosminės agentūros NASA zondas “New Horizons” praskriejo visiškai arti Plutono. Viena iš naujausių sensacijų – NASA mokslininkų pranešimas apie skystą vandenį Marse. Ką tai iš tiesų reiškia?

G.M.: nustatyti tam tikri dryžiai, kurie yra kelių šimtų metrų pločio, gana ilgi. Jie atsiranda sezoniškai, t.y. vasarą. Dryžiuose randama hidratuotų druskų, kurių sudėtyje yra vandens. Toms druskoms susidaryti reikia skysto vandens. Tai yra netiesioginis įrodymas, kad ten gali būti skysto vandens, kur temperatūra žemesnė negu Žemėje. Ji svyruoja nuo plius 20 iki minus 140. Bet druskos, ištirpusios vandenyje, mažina jo stingimo temperatūrą.

Štai kodėl net palyginti žemoje temperatūroje vanduo gali būti skystas. Tai gana tvirti įrodymai, tačiau jie visgi nėra tiesioginiai. Dar teks palaukti, kol kuri nors aplink Marsą skriejanti arba jame nusileidusi kosminė laboratorija pastebės skystą vandenį, kaip kad buvo nufotografuotas ledas, glūdintis krateryje netoli Šiaurės poliaus. Jeigu ašigalių kepurėse susikaupęs ledas ištirptų, Marsą padengtų 6 m storio vandens sluoksnis. Beje, vandens buvimas numanomas ir pagal kitus, anksčiau pastebėtus požymius.

G.M.: netgi meteorituose, kurie atskrieja iš Marso, randama vandens terpėje susidariusių druskų. Nachlos meteorite, nukritusiame 1911 metais, irgi randama tų druskų. Be to, Marso meteorituose, kurių vienas surastas Alan Hills rajone Antarktidoje, surasti anglingi dariniai, labai primenantys bakterijas.

Šie dariniai beveik dešimt kartų mažesni už žemiškas bakterijas. Įdomu, kad panašių struktūrų prieš kelerius metus rasta ir Žemėje. Jos pavadintos nanobais, kadangi yra kur kas mažesnės už įprastinius mikrobus. Uolienose rasti maždaug 20 nanometrų dydžio angliniai dariniai gali būti Itin primityvios gyvybės formos, iš kurių išsivystė ląstelės. Beje, vieni mažiausių virusų – parvovirusai irgi tėra 30 nanometrų dydžio. Mažiausių bakterijų – mikoplazmų skersmuo – apie 150 nm.

***

Žmonės tyrinėja Marsą jau beveik keturis šimtus metų. Pirmuosius geologinius planetos žemėlapius pavyko sukurti, naudojantis „Mariner 9“ ir „Viking Orbiter“ misijų gauta informacija. Pastaraisiais metais šią planetą savo jutikliais analizavo net kelios skriejančios observatorijos: Marso Globalusis topografas (Surveyor), Marso Odisėjas, Marso Ekspresas ir Marso žvalgybinis orbiteris. Jų užduotis – paviršiaus mineralų sudėties, vandens garų kiekio atmosferoje nustatymas.

G.M.: aparatai, kurie nusileidžia Mėnulio ar Marso paviršiuje, atlieka uolienų paviršiaus sudėties matavimus, t.y. cheminės sudėties nustatymą. Antra vertus, pagal šviesos bangos ilgio atspindį nustatomos medžiagos, kurios yra paviršiuje. Druskos arba mineralai, sudaranyus uolienas. Taikomi tie patys petrografiniai, geocheminiai, izotopiniai tyrimų metodai, kaip ir žemiškoms uolienoms.

Geologams tai puiki proga su kitų sričių mokslininkais tyrinėti unikalius objektus. Tokius, kaip Marse atrastą didžiausią Saulės sistemos ugnikalnį Olympus Mons. Arba veikiančius ugnikalnius Jupiterio palydove Ijo. Lygindami šių geologinių darinių formą, sudėtį, mokslininkai atkuria Saulės sistemos kūnų evoliuciją. Geologinių struktūrų amžius nustatomas įvairiais būdais.

G.M.: Mėnulio uolienos datuojamos įprastiniais metodais. Jeigu nėra pavyzdžių, skaičiuojamas kosminių smūgių, asteroidų smūgių tankis. Kadangi jie visąlaik krenta ant planetų. Jų tankis leidžia apytikriai nustatyti amžių. Atkuriama planetų raidos istorija. Išskiriami netgi geologiniai laikotarpiai, kaip žemėje. Panašūs laikotarpiai išskiriami ir kitų planetų raidoje.

 ***

Paaiškėjo, kad Marsas dar palyginti neseniai buvo geologiškai aktyvus, o jo paviršiuje būta vandens. Manoma, kad maždaug prieš 4 mlrd. metų Marsas turėjo tiek vandens, kad jo būtų pakakę padengti visą paviršių 137 metrų sluoksniu. Nors labiau tikėtina, kad šioje planetoje, jos šiauriniame pusrutulyje plytėjo vandenynas, siekęs net pusantro kilometro gylio. Tačiau dėl nedidelės masės ir silpnos gravitacinės traukos Marsas negali išlaikyti lakių junginių. Jo atmosferos slėgis sudaro tik šešias tūkstantąsias Žemės atmosferos slėgio. Todėl Marsas prarado didelę dalį turėto vandens ir pavirto tuo, kas yra dabar.

G.M.: manoma, kad prieš milijardą metų Marsas buvo vadinamoje priežvaigždinėje gyvybės juostoje. Ten buvo tokios sąlygos, kad paviršiuje galėjo išsilaikyti skystas vanduo ir organinė medžiaga. Kitaip sakant, galėjo atsirasti gyvybė. Yra hipotezių, kad iš Marso gyvybė atkeliavo į Žemę ir dėl to esame marsiečiai. Gyvybės raida Žemėje gali būti susijusi su kosminiais veiksniais. Meteorituose randama sudėtingų organinių junginių ir amino rūgščių.

Tokie junginiai yra tarsi pusfabrikačiai, iš kurių per milijonus metų susidarė gyvų organizmų ląstelės. Vadinamosios prebiotinės molekulės į Žemę galėjo atkeliauti iš kosmoso. Iš kometų arba kitų planetų.

G.M.: yra dar vienas praktinis tikslas. Kosminėje erdvėje, Mėnulyje, asteroiduose yra labai daug išteklių. Mėnulyje yra He izotopo, kuris yra energetinė žaliava. Asteroiduose glūdi didžiuliai kiekiai metalų, nes dalis asteroidų, apie 6-7% yra geležiniai. Geležiniame vieno kilometro skersmens asteroide yra apie 10 mlrd. tonų geležies, šimtai milijonų tonų nikelio, aukso platinos ir kitų cheminių elementų. Tokio asteroido atsigabenimas į Žemę gali ilgam patenkinti žmonijos poreikius. Marso paviršiaus tyrimas reikalingas, norint įrengti tarpinę stotelę į asteoridų žiedą, kuris yra tarp Marso ir Jupiterio.

***

2015 metais žmoniją sužavėjo itin ryškios ir spalvotos tolimiausio Saulės sistemos kūno, praradusio planetos vardą – Plutono nuotraukos. Po dešimt metų trukusios kelionės „New Horizons“ kosminis aparatas praskriejo visiškai greta mažosios planetos, vos už keliolikos kilometrų nuo jos paviršiaus. Nuostabiausia, kad ji turi beveik 100 km storio miglotą atmosferą, kurioje, kaip ir Žemės atmosferoje, dominuoja azotas! Kita stulbinanti naujiena – Plutono geologinis aktyvumas. Dėl to jo paviršius labai įvairus. Greta trijų kilometrų aukščio ledo kalnų plyti didžiulė lyguma, pavadinta Sputniko vardu. Jame slenka ledynai, o dėl cheminių priemaišų paviršius įvairiaspalvis. Ko gero, mokslininkų dar laukia daug staigmenų ir atradimų.

G.M.: Plutonas gan toli, planetinio disko pakraštyje. Apie jos sudėtį, sandarą, geologinį aktyvumą buvo labai mažai žinoma. Dabar pamačius kalnus, tokio dydžio kaip Uoliniai kalnai JAV, tiesa sudarytus iš ledo, paaiškėjo, kad tai geologiškai gan aktyvi planeta.

Geologinis aktyvumas, kurį sukelia vidiniai procesai arba didžiųjų planetų – Saturno bei Jupiterio gravitacija – intriguojantis procesas, galintis lemti gyvybės egzistavimą tokiuose palydovuose, kaip Europa arba Enceladas. Būtent dėl to juose po ledo paviršiumi turėtų tyvuliuoti vandenynai. O kur vanduo, ten ir gyvybė. Spalio mėnesio pradžioje „Cassini“ praskriejo už beveik 2000 km nuo Encelado. Spalio 28-ąją observatorija priartėjo prie Encelado iki 49 kilometrų, kad paimtų iš jo ugnikalnių išmetamų vandens garų mėginį ir atliktų jo cheminę analizę.

Kita 2015 metų sėkmės istorija, tiriant Saulės sistemos kūnų geologinę sandarą ir cheminę sudėtį – Europos kosmoso agentūros vykdomas “Rosetos” projektas, kuris baigsis 2016 metų rugsėjį. Išanalizavus Čiuriumovo-Gerasimenkos kometos medžiagos daleles nustatyta, kad joje apstu anglies turtingų molekulių iš ankstyvojo Saulės sistemos formavimosi periodo. Kometa labai porėta, joje atrasta šešiolikos rūšių organinių junginių: alkoholių, aldehidų, amidų, aminų ir izocianatų. Kometos uodegoje, vadinamoje koma, aptikta vandens, anglies dioksido, anglies monoksido ir formaldehido garų. Kai kurios šios medžiagos yra būtini cheminiai gyvybės elementai. Tad nors kometa skrieja už milijonų kilometrų nuo Žemės, jas abi sieja bendra istorija.

G.M.: anksčiau buvo atliktas eksperimentas „Tempel 1“, kai iš kometos branduolio buvo išmuštas ir analizuojamas dulkių arba medžiagos debesis. Buvo kosminiai aparatai, praskrieję per kometos uodegą. Jų tikslas – nustatyti kometų sudėtį. Manoma, kad dauguma jų turi ledinį branduolį. Be to, kometų sudėtyje yra daug organinės medžiagos, netgi amino rūgščių.

Kometose aptinkamas vanduo liudija, kad jos galėjo būti vienas iš vandens šaltinių Žemėje. Dulkių debesyje, iš kurio formavosi Žemė, vandens buvo labai mažai. Todėl vanduo turėjo iš kažkur atkeliauti. Viena iš hipotezių – tai galėjo būti kometos, sunešusios vandenį kartu su prebiotinėmis molekulėmis. Kita dalis vandens atkeliavo iš toliau – iš Oorto debesies, Koiperio debesies, t.y. Saulės sistemos pakraščių. Beje, rekonstruoti Saulės sistemos priešistorę padeda ir Lietuvoje rasti meteoritai.

G.M.: iš jų įdomiausias Andrioniškio meteoritas, nukritęs 1929 metais netoli Anykščių. Jis ypatingas tuo, kad yra bazaltinis achondritas. Tai reta meteoritų rūšis. Jie yra gabaliukai plutos kažkokios planetos, kuri buvo susiformavusi, bet neišgyveno. Plutos nuolaužos labai retos, nes pati pluta, pvz. Žemės, tesudaro apie 0,5% planetos tūrio. Tokie meteoritai leidžia įvertinti, kada ir kaip pradėjo formuotis planetos Saulės sistemos aplinkoje.

Jo nuolaužų iš viso rasta apie 4 kg. Manoma, kad visi Žemėje rasti bazaltiniai achondritai yra kilę iš vieno asteroido – Vestos. Meteoritas panašus į žemišką uolieną idiabazą arba gabrą. Jo sudėtyje apie 50 procentų silicio dioksido, geležies, magnio, kalcio.

G.M.: jo amžius yra 4.550 mln. metų. Jis rodo laiką, kada Žemės grupės planetos pradėjo diferencijuotis. Kada jų viduje vyko lydimasis ir medžiagos persiskirstymas. Kada prasidėjo tikroji geologinė istorija. Tuo šio meteorito istorija dar nesibaigia. Skriedamas kosmose jis prieš 650 mln. metų susidūrė su kitu meteoritu ir patyrė didžiulį smūgio poveikį. Dalis jo mineralų prarado kristalinę sandarą.

Tai labiausiai smūgio paveiktas meteoritas. Lietuvoje nukritęs jo fragmentas atskilo nuo Vestos prieš beveik 14,5 milijonų metų. Meteoritai tiriami, taikant tuos pačius geologinius metodus, kaip ir žemiškoms uolienoms. Atliekant mikroskopinius, cheminius, izotopinius tyrimus.

***

Kas planuojama toliau? 2016 metais NASA ketina nusiųsti į Marsą nuleidžiamąjį aparatą “InSight”, kuris tirs planetos gelmes. Tai Marso tyrimo programos tęsinys, kuria siekiama suprasti Marsą kaip dinaminę sistemą, jame vykstančius aplinkos pokyčius, klimato ciklus, geologiją ir biologinį potencialą. Europos kosmoso agentūra irgi neketina sustoti. Jau beveik parengtas startui erdvėlaivis „ExoMars” su nuleidžiamuoju aparatu. Jis irgi startuos 2016 metais. „ExoMars” rinks informaciją apie Marso atmosferą. Antroji ekspedicijos dalis prasidės 2018 metais, kai roveris atliks dviejų metrų gylio gręžinius. Tikslas – surasti organinių molekulių. Žmonija tęsia ambicingą Saulės sistemos tyrimų programą.

 

Rolandas Maskoliūnas