Forsker beregner temperaturen inde i månen for at hjælpe med at afsløre dens indre struktur

Lidt er kendt om Månens indre struktur, men et stort skridt fremad blev taget af en videnskabsmand fra University of Rhode Island, som udførte eksperimenter, der gjorde det muligt for hende at bestemme temperaturen ved grænsen af ​​Månens kerne og kappe.

Hun fandt temperaturen til at være mellem 1, 300 og 1, 470 grader Celsius, som er i den høje ende af et 800 graders område, som tidligere videnskabsmænd havde fastslået.

"For at forstå Månens indre struktur i dag, vi var nødt til at fastgøre den termiske tilstand bedre, " sagde Ananya Mallik, en URI-assistentprofessor i geovidenskab, der kom til universitetets fakultet i december 2018. "Nu har vi de to ankerpunkter - kerne-kappe-grænsen og overfladetemperaturen målt af Apollo - og det vil hjælpe os med at skabe en temperaturprofil gennem Månen. Vi har brug for den temperaturprofil for at bestemme den indre tilstand, Månens struktur og sammensætning."

Månens overfladetemperatur er cirka -20 C.

Ifølge Mallik, Månen har en jernkerne, som Jordens, og tidligere forskning ved hjælp af seismiske data havde fundet ud af, at mellem 5 og 30 procent af materialet ved grænsen af ​​kernen og kappen var i flydende eller smeltet tilstand.

"Det store spørgsmål er, hvorfor skulle vi have noget smelte til stede i Månen på den dybde, " sagde Mallik.

For at begynde at besvare dette spørgsmål, Mallik udførte en række eksperimenter i 2016 på det bayerske forskningsinstitut for eksperimentel geokemi og geofysik i Tyskland ved hjælp af en multi-ambolt enhed, der kan udøve det høje tryk, der findes dybt inde i Månen. Hun forberedte en lille prøve af materiale svarende til det, der blev fundet på Månen, klemte den ind i enheden ved 45, 000 gange Jordens atmosfæriske tryk, som er det tryk, der menes at eksistere ved Månens kerne-kappe-grænse, og brugte en grafitvarmer til at hæve temperaturen af ​​prøven, indtil den delvist smeltede.

"Målet var at bestemme, hvilket temperaturområde der ville producere en smelte på 5 til 30 procent, som ville fortælle os temperaturområdet for kerne-kappe-grænsen, " hun sagde.

Nu hvor temperaturområdet ved grænsen er blevet indsnævret, videnskabsmænd kan begynde at udvikle en mere præcis temperaturprofil af Månen og fortsætte med at bestemme en profil af de mineraler, der udgør kappen fra dens skorpe til dens kerne.

"Det er vigtigt, at vi kender Månens sammensætning for bedre at forstå, hvorfor den har udviklet sig, som den har, " sagde Mallik. "Historierne om Jorden og Månen har været sammenflettet siden begyndelsen. Faktisk, begge er produktet af en stor kollision mellem proto-Jorden og et legeme på størrelse med Mars, der fandt sted for over 4,5 milliarder år siden. Så for at forstå vores jord bedre, vi skal kende vores nærmeste nabo, for vi havde alle en fælles start.

"Jorden er kompliceret, " fortsatte hun. "Enhver lighed i sammensætningen mellem Jorden og Månen kan give os indsigt i, hvordan disse to planetariske legemer blev dannet, hvad var energien bag kollisionen, og hvordan elementer blev opdelt mellem dem."

URI-geoforskeren bemærkede, at Jorden har udviklet sig gennem processen med pladetektonik, som er ansvarlig for fordelingen af ​​kontinenterne, topografien af ​​jordens overflade, regulering af langsigtet klima, og måske endda livets oprindelse. Men der er ingen beviser for pladetektonik på Månen.

"Alt på Jorden sker på grund af pladetektonik, " sagde hun. "Hvad fortæller det os om vores egen planet, når Månen ikke oplever denne proces? Det er det samme argument for, hvorfor vi studerer Mars og Venus. De er vores næste nærmeste naboer, og vi havde alle en fælles start, men hvorfor er de så forskellige fra vores planet?"

De næste trin i Malliks forskning vil involvere eksperimentel bestemmelse af tætheden af ​​det smeltede materiale ved kerne-kappe-grænsen, hvilket vil forfine temperaturområdet yderligere. I samarbejde med Heidi Fuqua Haviland ved NASAs Marshall Space Flight Center og Paul Bremner ved University of Florida, hun vil derefter kombinere disse resultater med beregningsmetoder for at udlede temperaturprofilen og sammensætningen af ​​Månens indre.

Malliks forskning blev offentliggjort 1. april i tidsskriftet Geochimica og Cosmochimica .