Forskere løser et mangeårigt mysterium omkring månens skæve geologi

"Uden beviser kan du vælge din yndlingsmodel. Hver model har dybtgående implikationer for den geologiske udvikling af vores måne," sagde medforfatter Adrien Broquet fra German Aerospace Center i Berlin, som udførte arbejdet i sin tid som postdoktor. forskningsassistent ved LPL.

I en tidligere undersøgelse, ledet af Nan Zhang ved Peking University i Beijing, som også er medforfatter på det seneste papir, forudsagde modeller, at det tætte lag af titanium-rigt materiale under skorpen først migrerede til den nærmeste side af månen , muligvis udløst af et gigantisk stød på den fjerne side, og derefter sunket ind i det indre i et netværk af pladelignende plader, der fosser ind i månens indre næsten som vandfald. Men da det materiale sank, efterlod det en lille rest i et geometrisk mønster af krydsende lineære legemer af tæt titanium-rigt materiale under skorpen.

"Da vi så de modelforudsigelser, var det som en pære tændte," sagde Andrews-Hanna, "fordi vi ser nøjagtigt det samme mønster, når vi ser på subtile variationer i månens tyngdefelt, hvilket afslører et netværk af tæt materiale, der lurer nedenfor. skorpen."

I den nye undersøgelse sammenlignede forfatterne simuleringer af et synkende ilmenit-rigt lag med et sæt lineære tyngdekraftsanomalier opdaget af NASAs GRAIL-mission, hvis to rumfartøjer kredsede om månen mellem 2011 og 2012 og målte små variationer i dens tyngdekraft. Disse lineære anomalier omgiver et stort mørkt område af månens nærside dækket af vulkanske strømme kendt som mare (latin for "hav").

Forfatterne fandt ud af, at gravitationssignaturerne målt af GRAIL-missionen er i overensstemmelse med ilmenitlagssimuleringer, og at tyngdekraftsfeltet kan bruges til at kortlægge fordelingen af ​​de ilmenitrester, der er tilbage efter sænkningen af ​​størstedelen af ​​det tætte lag.

"Vores analyser viser, at modellerne og dataene fortæller en bemærkelsesværdig konsistent historie," sagde Liang. "Ilmenitmaterialer migrerede til den nærmeste side og sank ind i det indre i arklignende kaskader og efterlod et levn, der forårsager uregelmæssigheder i månens tyngdefelt, som det ses af GRAL."

Holdets observationer begrænser også tidspunktet for denne hændelse:De lineære tyngdekraftsanomalier er afbrudt af de største og ældste stødbassiner på nærsiden og må derfor være dannet tidligere. Baseret på disse tværgående relationer foreslår forfatterne, at det ilmenitrige lag sank før 4,22 milliarder år siden, hvilket er i overensstemmelse med, at det bidrager til senere vulkanisme set på månens overflade.

"At analysere disse variationer i månens tyngdefelt gjorde det muligt for os at kigge ind under månens overflade og se, hvad der gemmer sig nedenunder," sagde Broquet, der arbejdede med Liang for at vise, at anomalierne i månens tyngdefelt matcher, hvad der ville forventes for zonerne i tæt titanium-rigt materiale forudsagt af computersimuleringsmodeller af månevæltning.

Skæv måne

Mens påvisningen af ​​månens tyngdekraftanomalier giver bevis for, at et tæt lag synker i månens indre og giver mulighed for et mere præcist estimat af, hvordan og hvornår denne begivenhed fandt sted, tilføjer det, vi ser på månens overflade, endnu mere intriger. historie, ifølge forskerholdet.

"Månen er grundlæggende skæv i enhver henseende," sagde Andrews-Hanna og forklarede, at den nære side, der vender mod Jorden, og især den mørke region kendt som Oceanus Procellarum-regionen, er lavere i højden, har en tyndere skorpe, er stort set dækket af lavastrømme og har høje koncentrationer af typisk sjældne grundstoffer som titanium og thorium.

Den fjerne side adskiller sig i hver af disse henseender. På en eller anden måde menes væltningen af ​​månekappen at være relateret til den unikke struktur og historie i den nærliggende Procellarum-region. Men detaljerne i denne omvæltning har været et spørgsmål om betydelig debat blandt videnskabsmænd.

"Vores arbejde forbinder prikkerne mellem de geofysiske beviser for månens indre struktur og computermodeller af dens udvikling," tilføjede Liang.

"For første gang har vi fysiske beviser, der viser os, hvad der skete i månens indre i denne kritiske fase i dens udvikling, og det er virkelig spændende," sagde Andrews-Hanna. "Det viser sig, at månens tidligste historie er skrevet under overfladen, og det krævede bare den rigtige kombination af modeller og data for at afsløre den historie."

"Resten af ​​den tidlige måneevolution er til stede under skorpen i dag, hvilket er fascinerende," sagde Broquet. "Fremtidige missioner, såsom med et seismisk netværk, vil muliggøre en bedre undersøgelse af disse strukturers geometri."

Liang tilføjede:"Når Artemis-astronauterne til sidst lander på månen for at begynde en ny æra af menneskelig udforskning, vil vi have en helt anden forståelse af vores nabo, end vi gjorde, da Apollo-astronauterne første gang satte foden på den."

Flere oplysninger: Adrien Broquet, Vestiges of a lunar ilmenite lag efter kappevæltning afsløret af tyngdekraftsdata, Nature Geoscience (2024). DOI:10.1038/s41561-024-01408-2. www.nature.com/articles/s41561-024-01408-2

Journaloplysninger: Natur Geoscience

Leveret af University of Arizona