Nyligt returnerede måneklippeprøver fortæller om månevulkanismens døende dage

For milliarder af år siden, søer af lava på månens overflade tørrede til sidst for at danne de store mørke pletter - månens maria - der er synlige i dag på månens nærside. Nu, takket være stenprøver, der for nylig blev vendt tilbage til Jorden af ​​Kinas Chang'e 5-mission, forskere har et nyt skøn for, hvornår en af ​​de sidste lavastrømme løb tør.

I en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Videnskab , et internationalt team af forskere fandt ud af, at basaltklipper samlet fra den enorme vulkanslette kendt som Oceanus Procellarum - en region, der menes at have været vært for den seneste vulkanisme på månen - er omkring 2 milliarder år gamle. Den faste radiometriske alder sætter ikke kun et endepunkt for månens mest aktive vulkanske periode, men fungerer også som en guidepost til at kalibrere timingen af ​​andre begivenheder på månen før og siden.

Jim Head, en forskningsprofessor i Browns Department of Earth, Environmental and Planetary Sciences og medforfatter til den nye undersøgelse, siger, at disse prøver - de første, der blev returneret til Jorden i 45 år - udfylder kritiske huller i videnskabsmænds forståelse af månens historie.

Han diskuterede resultaterne i et interview.

Q:Hvor kom disse prøver fra, og hvorfor er de vigtige?

Disse prøver kommer fra et område af månen, der stort set har været uudforsket af landende rumfartøjer. Tidligere prøver fra Apollo-missionerne og de sovjetiske Luna-missioner kommer alle fra den centrale og østlige del af månens nære side. Men det blev klart, da vi indsamlede flere fjernmålingsdata, at den seneste vulkanisme på månen var absolut i den vestlige del, så den region blev et primært mål for prøveindsamling. Specifikt, prøverne kom fra nær Mons Rümker, en vulkanhøj i den største af månens maria, Oceanus Procellarum.

Spørgsmål:Denne undersøgelse så på både sammensætningen og alderen af ​​prøverne. Lad os starte med alderen. Hvorfor er det vigtigt at vide, hvor gamle disse prøver er?

Først og fremmest, det hjælper os med at finde sammen, hvor længe månehoppens vulkanisme varede, hvilket er kritisk vigtigt for alle vores termiske evolutionsmodeller for månen. Dette er ikke helt den yngste vulkanske aflejring på månen, men det er en af ​​de yngste. Så alderen på denne aflejring sætter nogle begrænsninger på tidsrammen for hoppevulkanisme.

Men det er også afgørende for at fastslå absolutte aldre for andre funktioner på månen og andre steder. Når vi ser på en overflade eller et træk på månen, hvorfra vi ikke har prøver til radiometrisk datering, vi forsøger at estimere dens alder gennem størrelse-frekvens-fordelingen af ​​nedslagskratere. I bund og grund, som tiden går, større påvirkninger bliver mere sjældne. Så ved at tælle kratere af forskellig størrelse, vi kan fastslå en relativ alder af en overflade. Men for mellem omkring en milliard og tre milliarder år siden, vi har ikke mange gode datapunkter til at fortælle os, hvordan effektfluxen ser ud. Så at have en absolut radiometrisk dato for denne overflade hjælper os med at kalibrere fluxkurven, som hjælper os med at date andre overflader. Og det gælder ikke kun for månen. Dette hjælper os med at kalibrere aldre for Mars, Venus og andre steder.

Q:Hvad er de store takeaways med hensyn til den kemiske sammensætning af prøverne?

Området, hvorfra disse prøver blev taget, er et unikt terræn på månen, som ser ud til at have virkelig høje koncentrationer af radioaktive grundstoffer - især thorium. Så en idé til, hvorfor vulkanisme varede så meget længere i denne region sammenlignet med andre, var, at du havde alle disse radioaktive grundstoffer koncentreret sammen, hvilket skaber meget varme. Den varme smelter kappen, og du får vulkanske strømme.

Imidlertid, i disse prøver så vi faktisk ikke en forhøjet sammensætning af radioaktive grundstoffer. Hvis disse radioaktive elementer driver vulkanismen i denne region, vi forventer at se øget radioaktivitet i prøverne. Men det gjorde vi ikke. I stedet, sammensætningen lignede hoppebasalter fra ældre aflejringer. Så det sår en vis tvivl om den hypotese om langvarig vulkanisme.

Spørgsmål:Kan du dele detaljer om dit engagement i denne mission?

Ja, det har været helt vidunderligt at arbejde sammen med vores kinesiske kolleger om, hvad der bare har været en fantastisk mission. Jeg har rejst til Kina i omkring et årti for at arbejde med kinesiske forskere og studerende. Jeg har holdt foredrag hos den kinesiske nationale rumfartsorganisation om mit arbejde med Apollo-programmet, og vi har været i stand til at diskutere de videnskabelige mål for deres måneprogram. Og det samarbejde har vi fastholdt gennem gæstestuderende og andre ting om den grundlæggende planlægning af missionen og udførelsen af ​​missionen, og nu analysen af ​​prøverne. Lige nu, Yuqi Qian fra China University of Geosciences-Wuhan besøger os hos Brown og har spillet en enorm rolle i vores arbejde med denne mission.

Brown har en lang historie med denne form for internationalt samarbejde, går tilbage til vores arbejde med Sovjetunionen om Luna-programmet og Venera-missionerne til Venus.

Q:Hvad byder fremtiden på for dette samarbejde?

Kina har store ambitioner med hensyn til deres måneudforskningsprogram, og vi håber at fortsætte samarbejdet med dem. En potentiel mission er en robotprøve-retur fra månens fjerne side - en region kaldet Sydpolen-Aitken-bassinet. Vi ønsker at udforske dette område af forskellige årsager:Det kunne have blotlagt aflejringer af månekappen, og det er det ældste store nedslagsbassin, og vi kunne radiometrisk datere det med de returnerede prøver. Så det er et rigtigt hot spot for fremtidig udforskning.

Vi arbejder også med vores kinesiske kolleger på deres Mars-program og deres seneste Mars-rover. Så det er en rigtig spændende tid for internationalt samarbejde om udforskning.