Måneskorpens porøsitet afslører bombardementhistorie

For omkring 4,4 milliarder år siden lignede det tidlige solsystem et spil med space rock dodgeball, som massive asteroider og kometer, og senere stødte mindre sten og galaktisk affald til månen og andre spædbarns jordiske legemer. Denne periode sluttede for omkring 3,8 milliarder år siden. På månen efterlod denne tumultariske tid et stærkt kraterfyldt ansigt og en revnet og porøs skorpe.

Nu har MIT-forskere fundet ud af, at porøsiteten af ​​månens skorpe, der når et godt stykke under overfladen, kan afsløre en hel del om månens historie med bombardement.

I en undersøgelse, der vises i Nature Geoscience , holdet har vist gennem simuleringer, at månen tidligt i bombardementperioden var meget porøs - næsten en tredjedel så porøs som pimpsten. Denne høje porøsitet var sandsynligvis et resultat af tidlige, massive påvirkninger, der knuste meget af skorpen.

Forskere har antaget, at et kontinuerligt angreb af påvirkninger langsomt vil opbygge porøsitet. Men overraskende fandt holdet ud af, at næsten al månens porøsitet dannedes hurtigt med disse massive imapcts, og at det fortsatte angreb fra mindre stødlegemer faktisk komprimerede dens overflade. Disse senere, mindre stød virkede i stedet for at klemme og komprimere nogle af månens eksisterende revner og fejl.

Ud fra deres simuleringer vurderede forskerne også, at månen oplevede det dobbelte af antallet af nedslag, som det kan ses på overfladen. Dette skøn er lavere end hvad andre har antaget.

"Tidligere estimater sætter dette tal meget højere, så mange som 10 gange så mange påvirkninger, som vi ser på overfladen, og vi forudser, at der var færre påvirkninger," siger studiets medforfatter Jason Soderblom, en forsker i MIT's Department of Earth , Atmosfæriske og planetariske videnskaber (EAPS). "Det betyder noget, fordi det begrænser det samlede materiale, som stødlegemer som asteroider og kometer bragte til månen og terrestriske legemer, og giver begrænsninger for dannelsen og udviklingen af ​​planeter i hele solsystemet."

Studiets hovedforfatter er EAPS postdoc Ya Huei Huang sammen med samarbejdspartnere ved Purdue University og Auburn University.

En porøs rekord

I holdets nye undersøgelse søgte forskerne at spore månens skiftende porøsitet og bruge disse ændringer under overfladen til at estimere antallet af nedslag, der fandt sted på dens overflade.

"Vi ved, at månen blev så bombarderet, at det, vi ser på overfladen, ikke længere er en registrering af enhver påvirkning, månen nogensinde har haft, for på et tidspunkt slettede nedslag tidligere påvirkninger," siger Soderblom. "Det, vi finder ud af, er, at den måde, påvirkninger skabte porøsitet i skorpen på, ikke ødelægges, og det kan give os en bedre begrænsning på det samlede antal påvirkninger, som månen var udsat for."

For at spore udviklingen af ​​månens porøsitet kiggede holdet på målinger taget af NASA's Gravity Recovery and Interior Laboratory, eller GRAIL, en MIT-designet mission, der lancerede to rumfartøjer rundt om månen for præcist at kortlægge overfladetyngdekraften.

Forskere har konverteret missionens gravitationskort til detaljerede kort over tætheden af ​​månens underliggende skorpe. Fra disse tæthedskort har forskere også været i stand til at kortlægge den nuværende porøsitet i hele måneskorpen. Disse kort viser, at områder omkring de yngste kratere er meget porøse, mens mindre porøse områder omgiver ældre kratere.

Kraterkronologi

I deres nye undersøgelse søgte Huang, Soderblom og deres kolleger at simulere, hvordan månens porøsitet ændrede sig, da den blev bombarderet med først store og derefter mindre nedslag. De inkluderede i deres simulering alder, størrelse og placering af de 77 største kratere på månens overflade, sammen med GRAIL-afledte estimater af hvert kraters nuværende porøsitet. Simuleringen omfatter alle kendte bassiner, fra de ældste til de yngste nedslagsbassiner på månen, og spænder mellem 4,3 milliarder og 3,8 milliarder år gamle.

Til deres simuleringer brugte holdet de yngste kratere med den højeste nuværende porøsitet som udgangspunkt for at repræsentere månens indledende porøsitet i de tidlige stadier af det tunge månebombardement. De begrundede, at ældre kratere, der blev dannet i de tidlige stadier, ville være startet meget porøse, men ville have været udsat for yderligere påvirkninger over tid, der komprimerede og reducerede deres oprindelige porøsitet. I modsætning hertil ville yngre kratere, selvom de blev dannet senere, have oplevet færre om nogen efterfølgende påvirkninger. Deres underliggende porøsitet ville da være mere repræsentativ for månens begyndelsesbetingelser.

"Vi bruger det yngste bassin, vi har på månen, som ikke har været udsat for for mange påvirkninger, og bruger det som en måde at starte på som startbetingelser," forklarer Huang. "Vi bruger derefter en ligning til at justere antallet af påvirkninger, der er nødvendige for at komme fra den oprindelige porøsitet til den mere komprimerede, nuværende porøsitet i de ældste bassiner."

Holdet studerede de 77 kratere i kronologisk rækkefølge, baseret på deres tidligere fastlagte alder. For hvert krater modellerede holdet den mængde, hvormed den underliggende porøsitet ændrede sig sammenlignet med den oprindelige porøsitet repræsenteret af det yngste krater. De antog, at en større ændring i porøsitet var forbundet med et større antal påvirkninger, og brugte denne korrelation til at estimere antallet af påvirkninger, der ville have genereret hvert kraters nuværende porøsitet.

Disse simuleringer viste en klar tendens:Ved starten af ​​det tunge månebombardement for 4,3 milliarder år siden var skorpen meget porøs - omkring 20 procent (til sammenligning er pimpstenens porøsitet omkring 60 til 80 procent). Tættere på 3,8 milliarder år siden blev skorpen mindre porøs og forbliver på sin nuværende porøsitet på omkring 10 procent.

Dette skift i porøsitet er sandsynligvis resultatet af mindre stødlegemer, der virker til at komprimere en brudt skorpe. At dømme ud fra dette porøsitetsskift vurderer forskerne, at månen oplevede omkring det dobbelte af antallet af små nedslag, som det kan ses på dens overflade i dag.

"Dette sætter en øvre grænse for påvirkningshastighederne på tværs af solsystemet," siger Soderblom. "Vi har også nu en ny forståelse for, hvordan påvirkninger styrer porøsiteten af ​​jordiske kroppe." + Udforsk yderligere

Måneskorpen så brækket som muligt