Toriumkoncentrationen över den stora sydpolen – Aitken Basin på månens bortre sida avslöjar fördelningen av mantelmaterial som våldsamt skjuts ut under den bassängbildande nedslaget. Här, toriumöverflöd representeras av en regnbågsfärgskala, med områden med hög torium som visas i rött, trendar till lila och grått med lägre mängder. Två kratrar i den nordvästra regionen av bassängen uppvisar särskilt hög toriumöverflöd (indikeras i rött på kartan), vilket tyder på närvaron av rikligt med mantelmaterial som för närvarande exponeras på ytan. Kredit:NASA/LRO/Lunar Prospector/D. Moriarty
Kort efter att den bildades, månen var täckt av ett globalt hav av smält sten (magma). När magmahavet svalnade och stelnade, täta mineraler sjönk för att bilda mantelskiktet, medan mindre täta mineraler flöt för att bilda ytskorpan. Senare intensivt bombardemang av massiva asteroider och kometer slog igenom jordskorpan, spränga ut bitar av manteln och sprida dem över månens yta.
Nyligen, ett par NASA-studier identifierade de mest sannolika platserna för att hitta bitar av mantel på ytan, tillhandahålla en karta för framtida månprovsuppdrag som de under NASA:s Artemis-program. Om det samlas in och analyseras, dessa fragment från djupet av månen kan ge en bättre förståelse för hur månen, jorden, och många andra solsystemvärldar utvecklades.
"Detta är den mest aktuella utvärderingen av utvecklingen av månens inre, genom att syntetisera många nya utvecklingar för att måla en ny bild av mantelns historia och hur och var den kan ha exponerats på månens yta, " sa Daniel Moriarty från NASA:s Goddard Space Flight Center, Grönt bälte, Maryland och University of Maryland, College Park.
Magmahaven utvecklas när de svalnar och täta material sjunker medan lätta material stiger. Bildandet av magmahav och deras utveckling tros vara vanliga processer bland steniga planeter och månar i hela vårt solsystem och utanför. Jordens måne är den mest tillgängliga och välbevarade kroppen för att studera dessa grundläggande processer.
"Att förstå dessa processer mer i detalj kommer att få konsekvenser för viktiga följdfrågor:Hur påverkar denna tidiga uppvärmning fördelningen av vatten och atmosfäriska gaser på en planet? Klibbar vatten runt, eller är allt bortkokt? Vilka är implikationerna för tidig beboelighet och livets tillkomst?" tillägger Moriarty, huvudförfattare till tidningarna, publicerad 3 augusti in Naturkommunikation och januari 2021 i Journal of Geophysical Research .
Stora steniga föremål som planeter, månar, och stora asteroider kan bilda magmahav med värmen som genereras när de växer. Vårt solsystem bildades av ett moln av gas och damm som kollapsade under sin egen gravitation. När detta hände, dammkorn slog in i varandra och fastnade i varandra, och med tiden snöade denna process in i större och större konglomerationer, så småningom bildar asteroid- och planetstora kroppar. Dessa kollisioner genererade en enorm mängd värme. Också, byggstenarna i vårt solsystem innehöll en mängd olika radioaktiva ämnen, som avgav värme när de sönderföll. I större föremål, båda processerna kan frigöra tillräckligt med värme för att bilda magmahav.
Dock, detaljerna om hur magmahaven utvecklas när de svalnar och hur de olika mineralerna i dem kristalliseras är osäkra, som påverkar hur forskarna tror att mantelstenar kan se ut och var de kan hittas på ytan.
"Konklusionen är att utvecklingen av månmanteln är mer komplicerad än vad man ursprungligen trodde, ", sade Moriarty. "Vissa mineraler som kristalliserar och sjunker tidigt är mindre täta än mineraler som kristalliserar och sjunker senare. Detta leder till en instabil situation med lätt material nära botten av manteln som försöker stiga medan tyngre material närmare toppen faller ner. Denna process, kallad "gravitationell vältning, " går inte till på ett snyggt och ordnat sätt, men det blir rörigt, med massor av blandning och oväntade eftersläpande kvar."
Teamet granskade de senaste laboratorieexperimenten, analys av månprov, och geofysiska och geokemiska modeller för att utveckla sin nya förståelse för hur månmanteln utvecklades när den svalnade och stelnade. De använde denna nya förståelse som en lins för att tolka de senaste observationerna av månens yta från NASA:s Lunar Prospector och Lunar Reconnaissance Orbiter rymdfarkoster, och NASA:s måne Mineralogy Mapper-instrument ombord på Indiens Chandrayaan-I rymdfarkost. Teamet genererade en karta över troliga mantelplatser med hjälp av månens Mineralogy Mapper-data för att bedöma mineralsammansättning och förekomst, integrerad med Lunar Prospector-observationer av elementära överflöd, inklusive markörer för den sista kvarvarande vätskan i slutet av månmagmahavets kristallisation, och bildmaterial och topografidata från Lunar Reconnaissance Orbiter.
Runt 1, 600 miles (cirka 2, 600 kilometer) tvärs över, Sydpolen – Aitken-bassängen är den största bekräftade nedslagsstrukturen på månen, och är därför förknippad med det djupaste utgrävningsdjupet av alla månbassänger, så det är den mest troliga platsen att hitta bitar av mantel, enligt teamet.
I åratal, Forskare har blivit förbryllade över en radioaktiv anomali i den nordvästra kvadranten av Sydpolen – Aitken Basin på månens bortre sida. Teamets analys visar att sammansättningen av denna anomali överensstämmer med det "slam" som bildas i den översta manteln i slutet av magmahavets kristallisation. Eftersom detta slam är mycket tätt, forskare har tidigare antagit att den helt borde sjunka in i den nedre manteln tidigt i månens historia.
"Dock, vår mer nyanserade förståelse från nyare modeller och experiment indikerar att en del av detta slam fastnar i den övre manteln, och senare utgrävdes av denna enorma nedslagsbassäng, " sade Moriarty. "Därför, denna nordvästra region av Sydpolen-Aitken Basin är den bästa platsen för att komma åt utgrävda mantelmaterial som för närvarande finns på månens yta. Intressant, några av dessa material kan också finnas runt de föreslagna Artemis- och VIPER-landningsplatserna runt månens sydpol."
