Forskere giver en ny forklaring på månens mærkelige asymmetri

Jord-månesystemets historie forbliver mystisk. Forskere mener, at systemet blev dannet, da et legeme på størrelse med Mars kolliderede med proto-Jorden. Jorden endte med at blive den største datter af denne kollision og beholdt nok varme til at blive tektonisk aktiv. Månen, være mindre, sandsynligvis kølet hurtigere ned og geologisk frøs. Månens tilsyneladende tidlige dynamik udfordrer denne idé.

Nye data tyder på, at dette skyldes, at radioaktive elementer blev fordelt unikt efter den katastrofale månedannende kollision. Jordens måne, sammen med solen, er et dominerende objekt på himlen og tilbyder mange observerbare træk, der giver bevis for, hvordan planeten og solsystemet blev dannet. De fleste planeter i solsystemet har satellitter. For eksempel, Mars har to måner, Jupiter har 79 og Neptun har 14. Nogle måner er iskolde, nogle er stenede, nogle er stadig geologisk aktive og nogle relativt inaktive. Hvordan planeter fik deres satellitter, og hvorfor de har de egenskaber, de har, er spørgsmål, der kan kaste lys over mange aspekter af udviklingen af ​​det tidlige solsystem.

Månen er et relativt koldt klippelegeme med en begrænset mængde vand og lidt tektonisk bearbejdning. Forskere mener i øjeblikket, at jorden-månesystemet blev dannet, da et legeme på størrelse med Mars kaldet Theia - som i græsk mytologi var mor til Selene, månens gudinde - kolliderede katastrofalt med proto-Jorden, hvilket får komponenterne i begge kroppe til at blande sig.

Affaldene fra denne kollision menes at have adskilt sig hurtigt og dannet Jorden og månen, måske over et par millioner år. Jorden endte med at blive større, og dens størrelse var lige til at blive en dynamisk planet med en atmosfære og oceaner. Jordens måne endte med at blive mindre og havde ikke tilstrækkelig masse til at være vært for disse egenskaber. Dermed, takket være dynamikken i kollisionen, der dannede Jord-måne-systemet, Jorden udviser idiosynkrasier såsom at tilbageholde flygtige stoffer som vand eller de gasser, der danner atmosfæren, og have tilstrækkelig intern varme til at opretholde langsigtet planetarisk vulkanisme og tektonik. Årtiers observationer har vist, at månens historie var meget mere dynamisk end forventet, med vulkansk og magnetisk aktivitet, der fandt sted så sent som for 1 milliard år siden, meget senere end forventet.

Et fingerpeg om, hvorfor den nære og fjerne side af månen er så forskellige, kommer fra stærk asymmetri, der kan observeres i dens overfladetræk. På månens evige jord-vendte nærside, mørke og lyse pletter kan observeres med det blotte øje. Tidlige astronomer kaldte disse mørke områder 'maria, "Latin for 'have, "troede, at de var vandmasser i analogi med Jorden. Ved hjælp af teleskoper, videnskabsmænd var i stand til at finde ud af for over et århundrede siden, at disse ikke i virkeligheden var have, men mere sandsynligt kratere eller vulkanske træk.

Dengang, de fleste videnskabsmænd antog den anden side af månen, som de aldrig ville have kunnet se, var mere eller mindre som den nærmeste side.

Imidlertid, fordi månen er relativt tæt på jorden, kun omkring 380, 000 km væk, Månen var den første krop, som mennesker var i stand til at udforske, først ved hjælp af ikke-bemandede rumfartøjer og derefter bemandede missioner. I slutningen af ​​1950'erne og begyndelsen af ​​1960'erne, ikke-bemandede rumsonder opsendt af USSR returnerede de første billeder af månens anden side, og videnskabsmænd var overraskede over at opdage, at de to sider var meget forskellige. Den anden side havde næsten ingen maria. Kun 1% af den anden side var dækket af maria sammenlignet med ~31% for den nære side. Forskere var forundrede, men de havde mistanke om, at denne asymmetri gav fingerpeg om, hvordan månen blev dannet.

I slutningen af ​​1960'erne og begyndelsen af ​​1970'erne, NASAs Apollo-missioner landede seks rumfartøjer på månen, og astronauter bragte 382 kg månesten tilbage for at forsøge at forstå månens oprindelse ved hjælp af kemisk analyse. Med prøver i hånden, videnskabsmænd fandt hurtigt ud af, at disse pletters relative mørke skyldtes deres geologiske sammensætning, og de var, faktisk, skyldes vulkanisme. De identificerede også en ny type stensignatur, de kaldte KREEP – en forkortelse for sten beriget med kalium (kemisk symbol K), sjældne jordarters grundstoffer (REE, som omfatter cerium, dysprosium, erbium, europium, og andre grundstoffer, der er sjældne på Jorden) og fosfor (kemisk symbol P), som var forbundet med maria. Men hvorfor vulkanisme og denne KREEP-signatur skulle fordeles så ujævnt mellem den nære og fjerne side af månen, var et puslespil.

Nu, ved at bruge en kombination af observation, laboratorieforsøg og computermodellering, forskere fra Earth-Life Science Institute ved Tokyo Institute of Technology, University of Florida, Carnegie Institution for Science, Towson University, NASA Johnson Space Center og University of New Mexico har afsløret nye spor om, hvordan månen fik sin nær- og fjernside-asymmetri. Disse spor er knyttet til en vigtig egenskab ved KREEP.

Kalium (K), thorium (Th) og uran (U) er radioaktivt ustabile grundstoffer. Dette betyder, at de forekommer i en række atomare konfigurationer, der har varierende antal neutroner. Disse atomer med variabel sammensætning er kendt som isotoper, hvoraf nogle er ustabile og falder fra hinanden for at give andre elementer, producerer varme.

Varmen fra det radioaktive henfald af disse grundstoffer kan smelte de sten, de er indeholdt i, hvilket til dels kan forklare deres samlokalisering.

Denne undersøgelse viser, at ud over forbedret opvarmning, inklusion af en KREEP-komponent til klipper sænker også deres smeltetemperatur, sammensætte den forventede vulkanske aktivitet fra blot radiogene henfaldsmodeller. Fordi de fleste af disse lavastrømme blev anbragt tidligt i månens historie, denne undersøgelse tilføjer også begrænsninger om tidspunktet for månens udvikling og rækkefølgen, hvori forskellige processer fandt sted på månen.

Dette arbejde krævede samarbejde mellem videnskabsmænd, der arbejdede med teori og eksperimenter. Efter at have udført højtemperatursmelteeksperimenter af sten med forskellige KREEP-komponenter, holdet analyserede de implikationer, dette ville have på timingen og volumen af ​​vulkansk aktivitet på månens overflade, giver vigtig indsigt i de tidlige stadier af evolutionen af ​​Jord-månesystemet.

ELSI medforfatter Matthieu Laneuville siger, "På grund af den relative mangel på erosionsprocesser, månens overflade registrerer geologiske begivenheder fra solsystemets tidlige historie. I særdeleshed, regioner på månens nærmeste side har koncentrationer af radioaktive elementer som U og Th i modsætning til noget andet sted på månen. At forstå oprindelsen af ​​disse lokale U- og Th-berigelser kan hjælpe med at forklare de tidlige stadier af månens dannelse og, som en konsekvens, forhold på den tidlige Jord."

Resultaterne fra denne undersøgelse tyder på, at månens KREEP-berigede maria har påvirket månens udvikling, siden månen blev dannet. Laneuville mener, at beviser for disse former for ikke-symmetriske, selvforstærkende processer kan findes i andre måner i vores solsystem, og kan være allestedsnærværende på stenede kroppe i hele universet.