Kuun Suora valli

 

Teemu Öhman:

Yksi Kuun Tunnetuimmista pinnanmuodoista, Rupes Recta, on ihastuttanut ja hämmästyttänyt harrastajia ja ammattilaisia jo 1600-luvulta alkaen. Tämän ainutlaatuisen rakenteen syntymekanismi tiedetään, mutta perimmäinen syy sen olemassaololle on edelleen mysteeri. Alueella on runsaasti muitakin kiehtovia näkyviä piirteitä, jotka kertovat alueen yli neljän miljardin vuoden monivaiheisesta historiasta. Nämä piirteet näkyvät hyvin suomalaisharrastajienkin kuvissa. Alue valikoitui ensimmäiseksi kampanjakohteeksi Avaruus.fi-foorumilla järjestetyssä äänestyksessä.

Rupes Recta

Melko keskellä Kuun lähipuolta Mare Nubiumin eli Pilvien meren itäreunalla sijaitsee täysin ainutlaatuinen rakenne Kuussa (kuvat 1 ja 2). Mikä parasta, se näkyy helposti jo kiikarilla. Kyseessä on Rupes Recta, joka useimmiten edelleenkin tunnetaan englanninkielisellä nimellään Straight Wall. Suomessa se on 1960-luvulta alkaen kulkenut Suoran vallin nimellä.

 

Suoran vallin havaintohistoriaa

Kaukoputkihavaintoja Rupes Rectan paikkeilta teki jo Johannes Hevelius, mutta kauniiseen kuukarttaansa vuodelta 1647 hän ei Vallia kaivertanut. Kraatteri Birt on kartassa insula Cyprus.

Suoran vallin tarina alkaa 30.5.1686. Tuolloin Saturnuksen renkaiden ymmärtäjänä ja sen suurimman kuun Titanin löytäjänä parhaiten tunnettu Christiaan Huygens havaitsi ja piirsi pitkän, suoran varjon, joka muistuttaa miekkaa. Hän huomautti, että varjo oli kapeampi seuraavana iltana, kuten hän oli odottanutkin.

Huygensin veljekset, Christiaan ja Constantine, olivat ensimmäiset jotka luopuivat Hevelius-mallisista ylipitkistä puuputkista. Tehdessään polttoväliltään 123 jalan (37,5 m) teleskoopin, he sijoittivat objektiivin lyhyeen rautaputkeen, jonka vuorostaan asensivat korkeaan paaluun. Linssiasetelmaa lyijyisine vastapainoineen saattoi nostaa ja laskea paalussa olevaa uraa myöten. Objektiivi oli tasapainossa pallonivelen varassa, ja sitä ohjattiin köydellä. Tämän toisessa päässä oli okulaari usein vain vapaasti havaitsijan tuetussa kädessä. Kömpelöstä mekaniikasta huolimatta, ja parannetuilla okulaareilla varustettuna tämä aerial-putki toimi edeltäjiään paremmin.

Huygensin kuuhavainnot jäivät unholaan pariksi sadaksi vuodeksi, ja Johann Schröter julkaisi omat, niistä riippumattomat havaintonsa sata vuotta myöhemmin. Suora valli -havaintonsa hän julkaisi monumentaalisessa Selenotopographische Fragmente -teoksessaan vuonna 1791. Hän oli tarkka havaitsija, mutta huono piirtäjä.

Suora valli on ollut kautta aikain eri nimillä kartoissa, Thomas Gwynn Elgerin nimi sille oli ”Railroad”. Hän oli siviiliammatiltaan rautatieinsinööri. Kukkularyhmä Vallin eteläpäässä on joissain vanhoissa kartoissa ”Stag’s Horn Mountains”, Huygensille se oli miekan kahva.

Edelleen hyvin yleisesti käytetty nimitys ”Straight Wall” esiintyy ensimmäisen kerran William Birtin kartassa 1870-luvulta, ja Rupes Recta siitä tuli ilmeisesti IAU:n kokouksessa 1961. Tällöin nimistö puettiin latinankieliseen asuunsa, ja mm. Kuun ilmansuunnat määritettiin uudelleen (itä oikealle).

Jari Kuula

 

Rupes Recta on pohjoiskoillinen–eteläkaakko-suuntainen lähes viivasuora 120 km pitkä rakenne. Se leikkaa Mare Nubiumin basaltteja ja eteläosassaan myös kappaleen vanhempaa ylänköainesta, joka tunnettiin aikanaan nimellä ”Stag’s Horn Mountains” (kuva 2).

Paikallisen aamun aikaan hieman ensimmäisen neljänneksen jälkeen Rupes Recta näkyy mustana viiruna, ja iltavalaistuksessa se puolestaan loistaa kirkkaana (kuvat 3 ja 4). Niinpä jo varhain oli selvää, että syystä tai toisesta Kuun kallioperä Suoran vallin länsipuolella on vajonnut itäpuoleen nähden. Kyseessä onkin Kuun ylivoimaisesti suurin ja näyttävin normaalisiirros (kuva 5). Tarkkaan ottaen pitäisi sanoa, että kyse on suurimmasta normaalisiirroksesta, joka ei muodosta törmäysaltaan reunaa tai muuta rengasrakennetta.

Rupes Recta on keskimäärin noin 300 metriä (150–450 m) korkea rinne. Sen jyrkkyydestä on historian saatossa esitetty mitä erilaisimpia arvioita. Jo 1800-luvulla sitä pidettiin varjomittausten perusteella noin 40° rinteenä, ja samoihin lukuihin päädyttiin 1950-luvullakin [1]. Ainakin 1940–60-luvuilla se kuitenkin tavattiin yleistajuisissa kirjoissa esittää lähes pystysuorana seinämänä [2, 3], ja vielä 2000-luvullakin sitä on pidetty hieman yli 20-asteisena [4, 5]. Nykyisten korkeusmallien perusteella kyse on kuitenkin merkittävästi loivemmasta rinteestä. Jyrkimmilläänkin Rupes Recta viettää vain noin 13°. Laskettelurinteiden luokituksessa tällainen vastaa helppoa rinnettä, kuten vaikkapa Rovaniemen Ounasvaaraa.

Vaikka nykyisin pinnalla havaittava Rupes Recta onkin varsin loivapiirteinen eikä järin korkea, on sen aikaansaanut geologinen rakenne kuitenkin ihan toista maata. Normaalisiirros, joka Suoran vallin synnytti, on mallinnusten mukaan erittäin jyrkkä, noin 85°, ja ulottuu peräti noin 42 km:n syvyyteen. Se siis ilmeisesti läpäisee koko Kuun kuorikerroksen ja yltää vaipan yläosiin saakka. Siirrostus alkoi keskeltä edeten kohti etelää ja pohjoista, mutta pohjois- ja eteläpäät kuroutuivat kohti keskustaa [6]. Pohjoisessa ja etelässä näkyykin esimerkiksi Jari Kankaanpään (kuva 6) tai Kaguya-luotaimen kuvissa (kuva 4) siirroksen kulussa pieni sivusuuntainen ”hyppäys”, ja Vallin osien välillä oleva niin sanottu relay ramp -rakenne. Kiinnostavaa on, että pohjoisessa kohtisuorassa Rupes Rectaan nähden sen itäpuolella on matala 27 km pitkä rille (sininen nuoli kuvassa 6), joka päättyy juuri relay ramp -rakenteen kohdalla. Piirteen alkuperä on tuntematon, mutta se on ilmeisesti Rupes Rectaa vanhempi ja vaikutti siirroksen kehitykseen, sillä muutoin tällainen osumatarkkuus olisi hieman liian suuri sattuma.

Siirroksen eteläosassa, ”Stag’s Horn” -vuorten kohdalla Rupes Rectan siirroksessa mitattu pystysuuntainen siirtymä on suurempi kuin pohjoisempana [6]. Havainnot sopivat mainiosti yhteen teorian kanssa, sillä basaltit ovat lujempaa ainesta kuin melko höttöisestä ylänköalueiden vanhasta heitteleestä muodostunut ”Stag’s Horn Mountains”. Mitä heppoisempi kivi, sitä suurempi siirtymä.

Suoran vallin synnytti normaalisiirros, mutta syytä tällaisen poikkeuksellisen rakenteen muodostumiseen on etsittävä hieman kauempaa sen ympäristöstä, ja samalla noin neljän miljardin vuoden takaa alueen menneisyydestä.

Nubiumin törmäysallas ja Mare Nubium

Alueen geologisen kehityksen voi katsoa alkaneen Nubiumin noin 700 km läpimittaisen törmäysaltaan synnyllä vähintään noin neljä miljardia vuotta sitten [7]. Hieman myöhemmin ”Ancient Thebitin” törmäyskraatteri muodostui Nubiumin altaan itäosiin. Basalttiset laavat alkoivat täyttää Nubiumia ja samalla ”Ancient Thebitiä” mahdollisesti noin 3,8 miljardia vuotta sitten. Nämä vanhimmat mare-basaltit ovat näkyvissä Rupes Recta itäpuolella. Kuten aina, myös Rupes Rectan alueella eri kartoituksissa ja tulkinnoissa on merkittäviäkin eroja, mutta pääsääntöisesti vanhimmat laavat ovat idässä ja nuorimmat keskempänä Mare Nubiumia. Rupes Rectan ympäristössä on havaittavissa ainakin kolme erillistä mare-basalttien purkautumisjaksoa, joista kunkin arvellaan kestäneen noin 300 miljoonaa vuotta [8–10].

Mare Nubiumin keskusta on basalttien painosta painunut reunoja alemmas. Tämä myös kallisti ”Ancient Thebitiä” (ks. seuraava kappale), ja oletettavasti aiheutti kallioperään likimain itä–länsi-suuntaisen venyttävän jännityksen, joka synnytti Rupes Rectan. Perimmäistä selitystä Rupes Rectan ainutlaatuisuudelle ei kuitenkaan tiedetä. Lähes kaikki Kuun lähipuolen törmäysaltaat ovat täyttyneet laavoilla johtaen kallistumisiin, mutta vain Nubiumin reunalle syntyi valtava normaalisiirros.

”Ancient Thebit”

Rupes Recta syntyi keskelle Nubiumin törmäysaltaan itäreunalla sijaitsevaa muinaista törmäyskraatteria, joka useimmiten tunnetaan epävirallisella nimellä ”Ancient Thebit” (kuva 2). Se nimettiin itäreunallaan sijaitsevan, merkittävästi nuoremman Thebitin kraatterin mukaan [4]. Muinaisen kraatterin itäiset reunat ovat melko selväpiirteiset, mutta sen keskiosat ja läntinen reuna ovat täysin Mare Nubiumin laavojen peitossa. Läntisen reunan päälle syntyi kuitenkin Mare Nubiumin laavojen jäähtyessä ja kutistuessa mare-harjanteita, jotka varsin tarkoin seuraavat kraatterin reunaa. Tämän ansiosta ”Ancient Thebit” on sopivissa valaistusolosuhteissa helposti havaittavissa pienelläkin kaukoputkella. Se näkyy mainiosti myös Vesa Kankareen ja Juha Niirasen kuvissa (kuvat 7 ja 8).

”Ancient Thebitin” läpimitta, noin 230 km, on samaa luokkaa kuin vaikkapa Kuun eteläisiltä ylängöiltä tutun Claviuksen, jonka syvyys on noin 5 km. Se vastaa myös ”Ancient Thebitin” teoreettista alkuperäistä syvyyttä. ”Ancient Thebitin” itäiset reunat kohoavat edelleen noin 1,5 km Nubiumin pinnan yläpuolelle. Koko kraatterin länsi- ja keskiosia peittävien basalttien paksuudeksi itäisen Mare Nubiumin alueella on kuitenkin arvioitu vain 100–400 m [9, 11]. Yritykset ymmärtää tämä geometria on tuottanut lähinnä vain tikkuja sormiin useammallekin päätään raapineelle planeettageologille, joten alueella on vielä tältäkin osin runsaasti selvittämättömiä mysteerejä. Rupes Rectan sijoittuminen keskelle ”Ancient Thebitiä” on myös yksi niin silmiinpistävä sattuma, että voi perustellusti ihmetellä, onko kyse tosiaan pelkästä sattumasta, vai toistaiseksi tuntemattomasta geologisesta syy–seuraus-suhteesta.

Rima Birt

Rupes Rectan länsipuolella mutta ”Ancient Thebitin” sisällä on toinen, Rupes Rectan kanssa lähes yhdensuuntainen rakenne, noin 70 km pitkä Rima Birt. Sen eteläpäässä, aivan Birtin törmäyskraatterin länsipuolella on noin 2,5-kilometrinen Birt F ja lähellä sen pohjoispäätä soikea (noin 6×3 km) ja 500 m syvä Birt E. Tarkimmissa harrastajakuvissa, kuten Ari Haaviston ja Jari Kankaanpään ottamissa kuvissa (kuvat 1 ja 6) näkyy, kuinka Rima Birt jatkuu Birt E:n länsipuolella, ja että Birt E:tä ympäröi kukkula, noin 150 m ympäröivän tasangon yläpuolelle kohoava doomi. Etenkin täydenkuun aikoihin otetuissa kuvissa, kuten Ari Haaviston värikuvassa (kuva 9), näkyy hyvin myös Birt E:tä ympäröivä tumma kehä.

Rima Birtiä on usein pidetty laavakanavana tai -tunnelina, jonka katto on romahtanut [4]. Se ei kuitenkaan ole yhtenäinen rakenne, vaan tarkemmin katsottaessa siinä näkyy useita sivusuuntaisia ”hyppäyksiä” (kuvat 4, 6, 10 ja 11). Lisäksi se on muodostunut selvästi lukuisista pienistä soikeista painaumista, jotka ovat enemmän tai vähemmän yhteydessä toisiinsa. Kaikki Rima Birtissä havaitut piirteet sopivatkin huomattavasti paremmin magmaattiseen juoneen kuin laavakanavaan [6].

Juonimallin mukaan Kuun vaipasta purkautui rakoa pitkin sulaa kiviainesta ylemmäs kuoreen, mutta kivisula ei koskaan varsinaisesti yltänyt pinnalle asti. Magmaan sekoittuneet kaasut kuitenkin purkautuivat räjähdysmäisesti pinnalle pienten purkausaukkojen kautta syösten mukanaan vulkaanista kiveä ja tuhkaa. Suurin ja ilmeisesti pitkäikäisin näistä purkausaukoista oli Birt E, jonka ympärillä edelleen näkyy pyroklastisen heitteleen muodostama kehä (kuva 9). Koostumukseltaan se eroaa ympäristöstään etenkin alhaisemman titaanipitoisuutensa perusteella [12].

Birt E ja F eivät siis ole törmäyskraattereiden kaltaisista nimistään huolimatta törmäyssyntyisiä, vaan vulkaanisia purkausaukkoja. Jännityskenttä, joka mahdollisti kuoren rakoilun ja sen myötä Rima Birtin ja purkausaukkojen synnyn, on Rupes Rectan tavoin todennäköisesti peräisin Nubiumin altaan kallistumisesta. Lisäksi ”Ancient Thebitillä” lienee ollut oma vaikutuksensa asiaan [4], mutta aivan kuten Rupes Rectan kohdalla, myös Rima Birtin tarkempi syntymekanismi on toistaiseksi tuntematon.

Rupes Rectan ympäristön geologisen historian pääpiirteet

Rupes Recta ympäristöineen on täysin ainutlaatuinen alue Kuussa, ja sen geologisessa kehityksessä on vielä lukuisia merkittäviäkin asioita, joita ei ymmärretä. Merkit itäisen Mare Nubiumin geologisen historian keskeisimmistä vaiheista voi kuitenkin helposti havaita itsekin. Alueen kehitys voidaan pääpiirteissään esittää seuraavasti:

1. Nubiumin törmäysallas syntyi.

2. ”Ancient Thebitin” kraatteri syntyi.

3. Nubiumin allas täyttyi satojen miljoonien vuosien kuluessa basalteilla muodostaen Mare Nubiumin. Täyttyminen kallisti ”Ancient Thebitiä” kohti Nubiumin keskustaa.

4.–6. Mare Nubiumin laavojen jäähtyminen ja kutistuminen synnytti peittyneen ”Ancient Thebitin” länsireunan päälle harjanteita.

4.–6. Luultavasti altaan kallistumiseen liittynyt itä–läntinen venyttävä jännitys synnytti Rupes Rectan normaalisiirroksen.

4.–6. Jännityskenttä synnytti myös rakosysteemin, johon tunkeutui magmaattinen juoni muodostaen Rima Birtin. Juoni ei kuitenkaan yltänyt pintaan asti, mutta etenkin Rima Birtin pohjoispäässä (Birt E) juoni synnytti purkausaukon ympärille pyroklastisen heittelekentän. Mahdollisesti samaan aikaan alueella oli myös muuta vulkaanista toimintaa, joka muun muassa teki Thebitistä ja Arzachelista halkeamapohjaiset kraatterit (kuvat 1 ja 2), ja saattoi myös vaikuttaa Alpetragiuksen hämmentävän ylisuuren keskuskohouman muokkautumiseen (kuvat 7, 8 ja 11).

7. Alueen merkittävistä törmäyksistä viimeiset olivat Birt ja Thebitin länsireunaa muokannut Thebit A. Kapeina rakenteina niin Rupes Rectaa kuin Rima Birtiäkin on kuitenkin vaikea ajoittaa, joten Thebitin ja Birtin ikäsuhde Rupes Rectaan ja Rima Birtiin nähden on hieman epäselvä [8, 9].

Rupes Rectan seutu tarjoaa siis ainutlaatuisen läpileikkauksen Kuun historiasta ja niistä moninaisista geologisista prosesseista, jotka ovat sen pintaa vuosimiljardien kuluessa muokanneet. Havaitsijoille ja kuvaajille Rupes Rectan alueella riittää tavoiteltavaa niin aamu- ja iltavalaistuksissa kuin täysikuullakin. Sen lisäksi, että suurempien putkien käyttäjille kiinnostavia yksityiskohtia on tarjolla runsain mitoin, alueen lumosta voi nauttia jo kiikarilla.

Kiitokset

Kiitos kaikille juttua varten kuvia antaneille ja Veikko Mäkelälle kommenteista, sekä Amanda Nahmille antoisista viime vuosien varrella käydyistä Rupes Recta -keskusteluista.

Lähteet

[1] Ashbrook J., 1960. The lunar Straight Wall. Publications of the Astronomical Society of the Pacific 72:55–58.

[2] Bonestell C. & Ley W., 1952. Avaruuden valloitus. Werner Söderström osakeyhtiö, 143 s.

[3] Brenna V., 1965. Kuu. Werner Söderström osakeyhtiö, 104 s.

[4] Wood C. A., 2003. The Modern Moon – A Personal View. Sky Publishing Corporation, Cambridge, 209 s.

[5] Lena R., Wöhler C. & Bregante M.T., 2008. A Study about Rupes Recta, Rima Birt, and two bisected domes near Birt. Selenology Today 10:41–66.

[6] Nahm A. L. & Schultz R. A., 2013. Rupes Recta and the geological history of the Mare Nubium region of the Moon: insights from forward mechanical modelling of the ‘Straight Wall’. Teoksessa Platz T., Massironi M., Byrne P. K. & Hiesinger H. (toim.): Volcanism and Tectonism Across the Inner Solar System. Geological Society, London, Special Publications, 401, 377–394.

[7] Wilhelms D. E., 1987. The Geologic History of the Moon. U.S. Geological Survey Professional Paper 1348, United States Government Printing Office, Washington, 302 s.

[8] Holt H. E., 1974. Geologic map of the Purbach quadrangle of the Moon. Map I-822, LAC 95, U.S. Geological Survey, Washington D.C.

[9] Bugiolacchi R., Spudis P. D. & Guest J. E., 2006. Stratigraphy and composition of lava flows in Mare Nubium and Mare Cognitum. Meteoritics & Planetary Science 41(2):285–304.

[10] Hiesinger H., Head III J. W., Wolf U., Jaumann R. & Neukum G., 2011. Ages and stratigraphy of lunar mare basalts: A synthesis. Teoksessa Ambrose W. A. & Williams D. A. (toim.): Recent Advances and Current Research Issues in Lunar Stratigraphy. The Geological Society of America Special Paper 477, s. 1–51.

[11] De Hon R. A., 1979. Thickness of the western mare basalts. Proceedings of the Lunar and Planetary Science Conference 10^th, 2935–2955.

[12] Gustafson J. O., Bell III J. F., Gaddis L. R., Hawke B. R. & Giguere T. A., 2012. Characterization of previously unidentified lunar pyroclastic deposits using Lunar Reconnaissance Orbiter Camera data. Journal of Geophysical Research – Planets 117:E00H25.

Lisälukemista

Sheehan W. P. & Dobbins T. A., 2001. Epic Moon – A history of lunar exploration in the age of the telescope. Willmann-Bell, Inc., 363 s.

Whitaker E. A., 1999. Mapping and naming the Moon. Cambridge University Press, 242 s.

Linkkejä

Rupes Recta – Taivaanvahti,
https://www.taivaanvahti.fi/observations/browse/pics/1185404/observation_id

Rupes Recta – Avaruus.fi-foorumi,
http://foorumi.avaruus.fi/index.php?topic=6297.0

Rupes Rectan, Rima Birtin, Birtin kraatterin ja “Ancient Thebitin” harjanteiden ylilento Kaguyan aineiston pohjalta.