Ay’ın Jeolojik Yapısı, Oluşumu Hakkında Neler Söylüyor?

24 Kasım’da fırlatılarak Ay yolculuğuna başlayan Chang’e 5 uzay aracı, Çin’in Ay’dan örnek getirmek üzere planlanan ilk uzay görevi. Peki, Ay’ın jeolojik yapısı bize hangi bilgileri sağlıyor?

Daha önceki Apollo uzay görevleri sırasında elde edilen veriler kullanılarak Ay’ın yüzey ve iç yapısı hakkında bazı tahminler yapılmıştı. Buna göre Ay’ın ilk oluştuğu dönemlerde, erimiş hâldeki kayaçlar yani magma soğurken içindeki düşük ve yüksek yoğunluklu maddelerin birbirinden ayrıldığı, plajiyoklaz gibi hafif minerallerin yüzeye yakın kabuk katmanını oluşturduğu, olivin gibi daha yoğun minerallerin ise dibe çöktüğü düşünülüyordu. Dolayısıyla Ay’ın manto katmanının büyük oranda olivin ve piroksenden (Demir ve magnezyumca zengin minerallerdir.) oluştuğu tahmin ediliyordu.

Ay'da krater oluşum süreci

Sonuçları Nature dergisinde yayımlanan araştırmada Chang’e 4 uzay aracı tarafından alınan görüntülerden Ay’ın kabuk ve manto katmanları hakkında önemli bilgiler elde edildi. Chang’e 4, Ay’ın karanlık yüzüne inen ilk uzay aracı.

Ay yüzeyinde gerçekleşen çarpışmalar sonucu oluşan kraterler Ay’ın kabuk ve manto katmanlarına kadar ilerleyebiliyor. Yani bu kraterler jeolojik araştırmalar için sondaj deliği işlevi görüyor. Ay’ın karanlık yüzünde bulunan ve çapı yaklaşık 2.500 kilometre olan Güney Kutbu Aitken Havzası, Ay’daki en büyük ve en eski krater havzası. Bu nedenle Ay’ın iç yapısını anlayabilmek için incelenebilecek en uygun bölgelerden biri.

Ay’ın etrafındaki yörüngede dolanan uzay araçlarından elde edilen veriler, Güney Kutbu Aitken Havzası’nın zemininin ağırlıklı olarak demir ve magnezyum açısından zengin minerallerden oluştuğunu gösteriyordu. Ancak manto katmanının kimyasal bileşimi hakkında yeterli kanıt yoktu.

Chang’e 4 uzay aracı, Ocak 2019’da Güney Kutbu Aitken Havzası’nın tabanında yer alan Von Karman Krateri’ne indi. Daha sonra Chang’e 4’ün taşıdığı Yutu-2 keşif aracı, Güney Kutbu Aitken Havzası’nda incelenmeler yapmaya başladı.

China National Space Administration - Yutu-2 keşif aracında bulunan VNIS isimli tayfçeker, ışık tayfının görünür bölge ve yakın kızılötesi bölgesinde ölçüm yapabiliyor.

Yutu'nun elde ettiği tayf analizleri, Ay’ın manto katmanının piroksen ve olivin mineralleri içerdiğini gösteriyor.

Magnezyum ve demir açısından zengin bir silikat minerali olan olivin, kayaç gezegenlerin manto katmanının yapı taşlarından biridir. Fakat ilginç bir şekilde Ay'ın yüzeyinde son derece seyrek olarak bulunur. Uzaktan görüntüleme yöntemleri kullanılarak yapılan araştırmalarda bu zamana kadar Ay yüzeyinde sadece iki bölgede olivin tespit edildi. Her iki bölge de Güney Kutbu Aitken Havza’sına çok yakın bölgeler. Ay’ın yüzeyinde Güney Kutbu Aitken Havzası’nın oluşmasına neden olan çarpışmanın, Ay’ın kabuk katmanından daha derinlerine nüfuz ettiği ve olivince zengin manto katmanındaki maddelerin yüzeye dağılmasına sebep olduğu düşünülüyordu. Fakat krater havzasında olivine sıkça rastlanmaması, Ay'ın manto tabakasının olivince zengin bir yapıda olduğu teorilerinin tekrar gözden geçirilmesine neden olabilir.

Temel amacı Ay’ın yüzeyinin hangi elementlerden oluştuğunu belirlemek olan Lunar Prospector uzay aracı ile elde edilen verilerden Ay’ın demir, magnezyum, alüminyum, silisyum, kalsiyum ve titanyum oksit bileşikleri açısından zengin bir yüzey yapısına sahip olduğu belirlendi. Ayrıca düşük oranda toryum ve potasyum bulunduğu da anlaşıldı.

Ay tektonik olarak aktif bir gök cismi değil. Dolayısı ile Ay’daki kayaçlar ve mineraller Ay'ın ilk oluştuğu döneme ait önemli bilgiler sağlıyor. Sonuçları Mayıs 2020'de Nature Astronomy dergisinde yayımlanan bir araştırmada, 1972 gerçekleştirilen Apollo 17 görevi sırasında astronotlar tarafından toplanan kayaç örnekleri incelendi. Sonuçta bu kayaç örneklerinde çok yüksek sıcaklıklarda (~2300 °C) oluşabilecek zirkon (zirkonyum oksit) kristalleri tespit edildi. Araştırmacılar zirkon mineralinin oluşması için gerekli böylesi yüksek bir sıcaklığın ancak büyük bir çarpışma ile ortaya çıkabileceğini düşünüyor. Ayrıca bu mineralin en az 4,3 milyar yıl önce oluştuğu tahmin ediliyor.

Apollo 17 görevi sırasında Ay’ın yüzeyinden alınan kayaç örneği

Araştırmalar, Ay’ın yüzeyine çarpan gök taşlarının Ay’ın kabuk katmanının oluşmasında rol oynadığını gösteriyor. Bu çarpışmalar kayaçların kristal yapısını değiştiriyor. Ayrıca yüzeye yakın üst katmanlarda bulunan kayaçların neden olduğu basınç etkisi (Litostatik basınç olarak isimlendirilir.) Ay’ın manto ve kabuk katmanının kimyasal bileşimini etkiliyor.

NASA/GSFC/JPL/Colorado School of Mines/MIT - Solda Ay'ın görünür bölge dalga boyunda kaydedilen görüntüsü, ortada Ay’ın topoğrafik görüntüsü (Merkezde kırmızı alanlar yüksek, mavi renk alanlar ise alçak bölgeleri gösteriyor.), sağda ise GRAIL uzay aracı tarafından çekilen görüntüde Ay’ın kütleçekim alanındaki düzensizlikler görülüyor.

Ay'ın iç ve yüzey yapısına dair süreçlerin anlaşılması Dünya’nın ve Ay’ın nasıl oluştuğu ile ilgili teorilerin sınanması açısından hayli önemli. Bunun için Ay’ın tüm yüzeyinden elde edilecek bilgilerin sistematik bir şekilde değerlendirilmesi gerekiyor. Bu amaçla sonuçları geçtiğimiz nisan ayında açıklanan araştırmada ABD Jeolojik Araştırma Merkezi (USGS), NASA ile Ay ve Gezegen Enstitüsünden (LPI) bilim insanları ilk kez Ay'ın yüzeyini bir bütün olarak haritalandırmayı başardı.

NASA/GSFC/USGS - Yeni jeolojik Ay haritasında Ay’ın yüzey şekilleri

Yakın gelecekteki yeni uzay görevleri ile Ay’ın yüzeyindeki jeolojik yapılar daha yakından incelenebilecek. Bu sayede, Güneş sistemindeki uyduların ve gezegenlerin yüzeyindeki gök taşı çarpışmalarının gök cisimlerinin jeolojik yapısını nasıl etkilediği anlaşılabilecek. Daha da önemlisi bu araştırmalar Dünya’nın ve Ay’ın nasıl oluştuğuyla ilgili teorilerin test edilmesine imkân verebilecek.

Ülkemizde de Türkiye Uzay Ajansı çatısı altında bu tür araştırmaların gerçekleştirilmesini sağlayacak çalışmalar yapılabilir. Bu amaçla ihtiyaç duyulan teknolojilerin geliştirilmesi ve bu alanda çalışmalar yürütebilecek yer bilimcilerin ve gök bilimcilerin desteklenmesi hayli önemli.

Kaynaklar:

• Li, C. ve ark., “Chang’E-4 initial spectroscopic identification of lunar far-side mantle-derived materials”, Nature, Cilt 569, s. 378–382, 2019.
• White, L. F. ve ark., “Evidence of extensive lunar crust formation in impact melt sheets 4,330 Myr ago”, Nature Astronomy, Cilt 4, s. 974–978, 2020.
• Arnold, J. A. ve ark., “Constraints on olivine-rich rock types on the Moon as observed by Diviner and M3: Implications for the formation of the lunar crust”, Journal of Geophysical Research, Cilt 121, Sayı 7, s. 1342-1361 , 2016.