Lite är känt om månens inre struktur, men ett stort steg framåt togs av en forskare vid University of Rhode Island som genomförde experiment som gjorde det möjligt för henne att bestämma temperaturen vid gränsen för månens kärna och mantel.

Hon fann att temperaturen var mellan 1, 300 och 1, 470 grader Celsius, som är i den övre delen av ett 800 graders intervall som tidigare forskare hade bestämt.

"För att förstå månens inre struktur idag, vi behövde spika fast det termiska tillståndet bättre, sa Ananya Mallik, en URI biträdande professor i geovetenskap som anslöt sig till universitetsfakulteten i december 2018. "Nu har vi de två ankarpunkterna – gränsen mellan kärnan och manteln och yttemperaturen mätt av Apollo – och det kommer att hjälpa oss att skapa en temperaturprofil genom månen. Vi behöver den temperaturprofilen för att bestämma det inre tillståndet, Månens struktur och sammansättning."

Månens yttemperatur är cirka -20 C.

Enligt Mallik, Månen har en järnkärna, som jordens, och tidigare forskning med seismiska data hade funnit att mellan 5 och 30 procent av materialet vid gränsen mellan kärnan och manteln var i flytande eller smält tillstånd.

"Den stora frågan är, varför skulle vi ha någon smälta närvarande i månen på det djupet, sa Mallik.

För att börja svara på denna fråga, Mallik genomförde en serie experiment 2016 vid Bayerska forskningsinstitutet för experimentell geokemi och geofysik i Tyskland med hjälp av en anordning med flera städ som kan utöva de höga tryck som finns djupt inne i månen. Hon förberedde ett litet prov av material som liknar det som finns på månen, klämde in den i enheten vid 45, 000 gånger jordens atmosfärstryck, vilket är trycket som tros existera vid månens kärna-mantel gräns, och använde en grafitvärmare för att höja temperaturen på provet tills det delvis smält.

"Målet var att bestämma vilket temperaturområde som skulle producera en smälta på 5 till 30 procent, som skulle berätta för oss temperaturområdet för gränsen mellan kärna och mantel, " Hon sa.

Nu när temperaturområdet vid gränsen har minskat, forskare kan börja utveckla en mer exakt temperaturprofil av månen och fortsätta att bestämma en profil av mineralerna som utgör manteln från dess skorpa till dess kärna.

"Det är viktigt att vi känner till månens sammansättning för att bättre förstå varför den har utvecklats som den har, ", sa Mallik. "Historien om jorden och månen har varit sammanflätade sedan början. Faktiskt, båda är produkten av en stor kollision mellan protojorden och en ungefärlig Mars-stor kropp som inträffade för över 4,5 miljarder år sedan. Så för att förstå vår jord bättre, vi måste känna vår närmaste granne eftersom vi alla hade en gemensam start.

"Jorden är komplicerad, " fortsatte hon. "All likhet i sammansättningen mellan jorden och månen kan ge oss insikt i hur dessa två planetkroppar bildades, vad var energin i kollisionen, och hur element delades upp mellan dem."

URI-geoforskaren noterade att jorden har utvecklats genom processen för plattektonik, som ansvarar för distributionen av kontinenterna, topografin på jordens yta, reglering av långsiktigt klimat, och kanske till och med livets ursprung. Men det finns inga bevis för plattektonik på månen.

"Allt på jorden händer på grund av plattektoniken, " sa hon. "Vad säger detta oss om vår egen planet när månen inte upplever denna process? Det är samma argument för varför vi studerar Mars och Venus. De är våra närmaste grannar, och vi hade alla en gemensam start, men varför är de så olika från vår planet?"

Nästa steg i Malliks forskning kommer att innebära att experimentellt bestämma densiteten av det smälta materialet vid gränsen mellan kärna och mantel, vilket kommer att förfina temperaturområdet ytterligare. I samarbete med Heidi Fuqua Haviland vid NASA:s Marshall Space Flight Center och Paul Bremner vid University of Florida, hon kommer sedan att kombinera dessa resultat med beräkningsmetoder för att härleda temperaturprofilen och sammansättningen av månens inre.

Malliks forskning publicerades den 1 april i tidskriften Geochimica och Cosmochimica .