Die Geschichte des Mondes anhand der Chang’e-5-Probe verstehen

Chinas Chang’e-5, die erste Mission zur Rückführung von Mondproben seit der sowjetischen Luna 24 im Jahr 1976, lieferte 1,73 Kilogramm Regolith vom Oceanus Procellarum, einem Flugzeug, das nach seiner enormen Größe benannt wurde. Die Probe landete Ende 2020 mit Chang’e-5 (CE-5) und enthielt ein neues Mineral, Changesite-(Y), sowie eine verblüffende Kombination von Siliziumoxidmineralien.

In Materie und Strahlung im Extremfall, In einer Zeitschrift des AIP Publishing verglichen Forscher der Chinesischen Akademie der Wissenschaften die Materialzusammensetzung von CE-5 mit anderen Regolithproben vom Mond und vom Mars. Sie untersuchten mögliche Ursachen und Ursprünge für die einzigartige Zusammensetzung der Mondprobe.

Asteroiden und Kometen kollidieren mit extremer Geschwindigkeit mit dem Mond und verursachen eine Stoßmetamorphose im Mondgestein. Diese Temperatur- und Druckänderung erfolgt schnell und weist charakteristische Merkmale auf, einschließlich der Bildung polymorpher Kieselsäuren wie Stishovit und Seifertit, die chemisch mit Quarz identisch sind, aber unterschiedliche Kristallstrukturen aufweisen.

„Obwohl die Mondoberfläche von Zehntausenden Einschlagskratern bedeckt ist, sind Hochdruckmineralien in Mondproben selten“, sagte Autor Wei Du. „Eine mögliche Erklärung dafür ist, dass die meisten Hochdruckmineralien bei hohen Temperaturen instabil sind. Daher könnten diejenigen, die während des Aufpralls entstanden sind, einen retrograden Prozess durchlaufen haben.“

Allerdings enthält ein Kieselsäurefragment in der CE-5-Probe sowohl Stishovit als auch Seifertit, Mineralien, die theoretisch nur bei viel höheren Drücken koexistieren, als es in der Probe scheinbar der Fall war.

Die Autoren stellten fest, dass Seifertit als Phase zwischen Stishovit und einem dritten polymorphen Siliciumdioxid, α-Cristobalit, vorliegt, das ebenfalls in der Probe vorhanden ist.

„Mit anderen Worten, Seifertit könnte sich während des Kompressionsprozesses aus α-Cristobalit bilden und ein Teil der Probe könnte sich während des anschließenden Temperaturerhöhungsprozesses in Stishovit umwandeln“, sagte Du.

Diese Mission brachte auch ein neues Mondmineral zurück, Changesite-(Y), ein Phosphatmineral, das durch farblose, transparente säulenförmige Kristalle gekennzeichnet ist.

Die Forscher schätzten den Spitzendruck (11–40 GPa) und die Aufpralldauer (0,1–1,0 Sekunden) der Kollision, die die Probe formte. Durch die Kombination dieser Informationen mit Stoßwellenmodellen schätzten sie, dass der resultierende Krater je nach Aufprallwinkel zwischen 3 und 32 Kilometer breit ist.

Fernbeobachtungen zeigen, dass entfernte Ejekta im CE-5-Regolith hauptsächlich aus vier Einschlagskratern stammen und der Aristarchus-Krater der jüngste der vier entfernten Krater ist. Da Seifertit und Stishovit durch thermische Metamorphose leicht gestört werden, folgerten sie, dass das Siliciumdioxidfragment wahrscheinlich aus der Kollision stammte, die den Aristarchus-Krater bildete.

Diese Probenrückführungsmission demonstrierte die Leistungsfähigkeit der modernen Analyse und wie sie dabei helfen kann, die Geschichte von Himmelskörpern aufzudecken.