Kæmpe nedslag forårsagede forskel mellem månens halvkugler

Den markante forskel mellem Månens kraftigt kraterede bagside og de lavereliggende åbne bassiner i den Jord-vendte nærside har undret videnskabsmænd i årtier.

Nu, nye beviser om Månens skorpe tyder på, at forskellene var forårsaget af en egensindig dværgplanet, der kolliderede med Månen i solsystemets tidlige historie. En rapport om den nye forskning er blevet offentliggjort i AGU's Journal of Geophysical Research : Planeter .

Mysteriet om Månens to ansigter begyndte i Apollo-æraen, da de første syn på dens bagside afslørede de overraskende forskelle. Målinger foretaget af Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL)-missionen i 2012 udfyldte flere detaljer om Månens struktur - herunder hvordan dens skorpe er tykkere og inkluderer et ekstra lag materiale på dens bagside.

Der er en række ideer, der er blevet brugt til at forsøge at forklare Månens asymmetri. Den ene er, at der engang var to måner, der kredsede om Jorden, og de smeltede sammen i de meget tidlige dage af Månens dannelse. En anden idé er, at en stor krop, måske en ung dværgplanet, befandt sig i en bane omkring Solen, der satte den på kollisionskurs med Månen. Denne sidstnævnte idé om gigantiske nedslag ville være sket noget senere end et scenario med sammensmeltning af måner, og efter at Månen havde dannet en solid skorpe, sagde Meng Hua Zhu fra Space Science Institute ved Macau University of Science and Technology og hovedforfatter af det nye studie. Tegn på en sådan påvirkning burde være synlige i strukturen af ​​måneskorpen i dag.

"De detaljerede gravitationsdata opnået af GRAIL har givet ny indsigt i strukturen af ​​måneskorpen under overfladen, " sagde Zhu.

De nye resultater fra GRAIL gav Zhus team af forskere et klarere mål at sigte efter med de computersimuleringer, de brugte til at teste forskellige scenarier for tidlig månepåvirkning. Undersøgelsens forfattere kørte 360 ​​computersimuleringer af gigantiske nedslag med Månen for at finde ud af, om en sådan begivenhed for millioner af år siden kunne reproducere skorpen på nutidens Måne, som detekteret af GRAIL.

De fandt, at den bedste pasform til nutidens asymmetriske måne er en stor krop, omkring 480 miles (780 kilometer) i diameter, smækker ind i månens nærside klokken 14, 000 miles i timen (22, 500 kilometer i timen). Det ville svare til et objekt, der er en smule mindre end dværgplaneten Ceres, der bevæger sig med en hastighed, der er omkring en fjerdedel så hurtigt som de meteorsten og sandkorn, der brænder op som "stjerneskud" i Jordens atmosfære. En anden god pasform til de effektkombinationer, som teamet modellerede, er en lidt mindre, 450-mile (720-kilometer) diameter, genstand, der rammer med en let hurtigere 15, 000 miles i timen (24, 500 kilometer i timen).

Under begge disse scenarier, modellen viser, at nedslaget ville have kastet enorme mængder materiale op, der ville falde tilbage på Månens overflade, begrave urskorpen på bagsiden i 3 til 6 miles (5 til 10 kilometer) af snavs. Det er det ekstra lag af skorpe, der detekteres på bagsiden af ​​GRAL, ifølge Zhu.

Den nye undersøgelse tyder på, at impactoren sandsynligvis ikke var en tidlig anden måne af Jordens. Hvad end impactoren var - en asteroide eller en dværgplanet - var den sandsynligvis på sin egen bane omkring Solen, da den stødte på Månen, sagde Zhu.

Den gigantiske nedslagsmodel giver også en god forklaring på de uforklarlige forskelle i isotoper af kalium, fosfor og sjældne jordarters grundstoffer som wolfram-182 mellem Jordens og Månens overflade, forklarer forskerne. Disse elementer kunne være kommet fra den gigantiske påvirkning, som ville have tilføjet dette materiale til Månen efter dens dannelse, ifølge undersøgelsens forfattere.

"Vores model kan således forklare denne isotopanomali i sammenhæng med det gigantiske nedslagsscenarie om Månens oprindelse." skriver forskerne.

Den nye undersøgelse foreslår ikke kun et svar på igangværende spørgsmål om Månen, men kan også give indsigt i strukturen af ​​andre asymmetriske verdener i vores solsystem, som Mars skrev forskerne.

"Dette er et papir, der vil være meget provokerende, " sagde Steve Hauck, en professor i planetarisk geodynamik ved Case Western Reserve University og chefredaktør for JGR:Planets. "At forstå oprindelsen af ​​forskellene mellem månens nærside og bagside er et grundlæggende spørgsmål i månevidenskaben. Ja, flere planeter har halvkugleformede dikotomier, men for Månen har vi en masse data at være i stand til at teste modeller og hypoteser med, så implikationerne af arbejdet kunne sandsynligvis være bredere end bare Månen."