Hvordan en ungt udseende månevulkan skjuler sin sande alder

Mens de kredsede om Månen i 1971, besætningen på Apollo 15 fotograferede et mærkeligt geologisk træk - en ujævn, D-formet fordybning omkring to miles lang og en mil bred - det har fascineret planetforskere lige siden. Nogle har foreslået, at funktionen, kendt som Ina, er bevis på et vulkanudbrud Månen inden for de sidste 100 millioner år - en milliard år eller deromkring efter det meste af vulkanaktiviteten på Månen menes at være ophørt.

Men ny forskning ledet af Brown University-geologer tyder på, at Ina trods alt ikke er så ung. Analysen, offentliggjort i tidsskriftet Geologi , konkluderer, at funktionen faktisk blev dannet af et udbrud for omkring 3,5 milliarder år siden, omkring samme alder som de mørke vulkanske aflejringer, vi ser på Månens nærside. Det er den ejendommelige type lava, der brød ud fra Ina, der hjælper med at skjule sin alder, siger forskerne.

"Så interessant som det ville være for Ina at have dannet sig i den seneste geologiske fortid, vi tror bare ikke det er tilfældet " sagde Jim Head, medforfatter til papiret og professor i Browns Department of Earth, Miljø- og planetvidenskab. "Den model, vi har udviklet til Inas dannelse, sætter den fast inden for perioden med høj vulkansk aktivitet på Månen for flere milliarder år siden."

Ungeligt udseende

Ina sidder nær toppen af ​​en let skrånende høj af basaltisk sten, hvilket fik mange videnskabsmænd til at konkludere, at det sandsynligvis var calderaen fra en gammel månevulkan. Men hvor gammelt var det ikke klart. Mens vulkanens flanker ser milliarder af år gamle ud, selve Ina-calderaen ser meget yngre ud. Et tegn på ungdom er dets lyse udseende i forhold til omgivelserne. Lysstyrken tyder på, at Ina ikke har haft tid til at samle så meget regolith, laget af løs sten og støv, der over tid opbygges på overfladen.

Så er der Inas karakteristiske høje - 80 eller deromkring glatte klippebakker, nogle står så højt som 100 fod, som dominerer landskabet i calderaen. Højene ser ud til at have langt færre nedslagskratere på sig sammenlignet med det omkringliggende område, endnu et tegn på relativ ungdom. Over tid, det forventes, at en overflade skal akkumulere kratere af forskellige størrelser med nogenlunde konstante hastigheder. Så videnskabsmænd bruger antallet og størrelsen af ​​kratere til at estimere den relative alder af en overflade. I 2014 et hold forskere foretog en omhyggelig kratertælling på Inas høje og konkluderede, at de må være dannet af lava, der brød ud til overfladen inden for de sidste 50 til 100 millioner år.

"Det var en virkelig forvirrende konstatering, " sagde Head. "Jeg tror, ​​de fleste er enige om, at vulkanen Ina sidder på blev dannet for milliarder af år siden, hvilket betyder, at der ville have været en pause i vulkansk aktivitet i en milliard år eller mere før den aktivitet, der dannede Ina. Vi ville se, om der kunne være noget ved den geologiske struktur i Ina, der afviser vores vurdering af dens alder."

Ikke så ung?

Forskerne kiggede på velundersøgte vulkaner på Jorden, der kunne ligne Ina. Ina ser ud til at være et grubekrater på en skjoldvulkan, et let skrånende bjerg, der ligner Kilauea-vulkanen på Hawaii. Kilauea har et grubekrater, der ligner Ina kendt som Kilauea Iki-krateret, som brød ud i 1959.

Da lavaen fra det udbrud størknede, det skabte et meget porøst klippelag inde i gruben, med underjordiske vesikler så store som tre fod i diameter og overflade hulrum så dybt som to fod. Den porøse overflade, Head og hans kolleger siger, er skabt af naturen af ​​lavaen, der brød ud i de sene stadier af begivenheder som denne. Efterhånden som forsyningen af ​​lava under jorden begynder at aftage, det bryder ud som "magmatisk skum" - en boblende blanding af lava og gas. Når det skum afkøles og størkner, det danner den meget porøse overflade.

Forskerne foreslår, at et Ina-udbrud også ville have produceret magmatisk skum. Og på grund af Månens nedsatte tyngdekraft og næsten fraværende atmosfære, måneskummet ville have været endnu mere luftigt end på Jorden, så det forventes, at strukturerne i Ina er endnu mere porøse end på Jorden.

Det er den høje porøsitet af disse overflader, der afslører datovurderinger for Ina, både ved at skjule opbygningen af ​​regolith og ved at kaste kratertællinger af sig.

En meget porøs overflade, siger forskerne, ville tillade løs sten og støv at filtrere ind i overfladens tomme rum, får det til at se ud som om der er opbygget mindre regolith. Den proces ville blive foreviget af seismiske rystelser i regionen, hvoraf meget er forårsaget af igangværende meteornedslag. "Det er som at banke på siden af ​​en si for at få melet til at gå igennem, " sagde hovedet. "Regolith bliver skubbet ind i huller i stedet for at sidde på overfladen, hvilket får Ina til at se meget yngre ud."

Porøsitet kan også skævvride kratertallet. Laboratorieforsøg med en højhastighedsprojektilkanon har vist, at nedslag i porøse mål danner meget mindre kratere. På grund af Inas ekstreme porøsitet, siger forskerne, dens kratere er meget mindre, end de normalt ville være, og mange kratere er måske slet ikke synlige. Det kan drastisk ændre aldersestimatet udledt af kratertællinger.

Forskerne vurderer, at den porøse overflade ville reducere størrelsen af ​​kratere på Inas høje med en faktor tre. Med andre ord, en impactor, der ville lave et krater på 100 fod i diameter i månens basaltgrundfjeld, ville lave et krater på lidt over 30 fod i en skumaflejring. Tager man dette skaleringsforhold i betragtning, holdet får en revideret alder for Ina-højene på omkring 3,5 milliarder år gamle. Det svarer til overfladealderen på det vulkanske skjold, der omgiver Ina, og placerer Ina-aktiviteten inden for tidsrammen for almindelig vulkanisme på Månen.

Forskerne mener, at dette arbejde tilbyder en plausibel forklaring på Inas dannelse uden at skulle påberåbe sig den forvirrende milliardårige pause i vulkansk aktivitet.

"Vi tror, ​​at de ungt udseende træk i Ina er den naturlige konsekvens af magmatiske skumudbrud på Månen, " sagde Head. "Disse landskabsformer skabt af disse skum ser simpelthen meget yngre ud, end de er."