Ogromny wpływ starożytności związany z różnicami między bliższą i dalszą stroną księżyca

Nowe badania pokazują, w jaki sposób uderzenie dorzecza bieguna południowego Księżyca-Aitken jest powiązane z wyraźnym kontrastem w składzie i wyglądzie między dwiema stronami Księżyca.

Twarz, którą Księżyc pokazuje Ziemi, wygląda zupełnie inaczej niż ta, którą skrywa po drugiej stronie. Bliższa strona jest zdominowana przez księżycowych Persów – rozległe, ciemne pozostałości pradawnej lawy. Z drugiej strony, wypełniona kraterami strona przeciwna jest praktycznie pozbawiona rozległych cech klaczy. Powodem wielkiej różnicy między obiema stronami jest jedna z najtrwalszych tajemnic księżyca.

Teraz naukowcy mają nowe wyjaśnienie dwulicowego księżyca – wyjaśnienie związane z gigantycznym uderzeniem miliardy lat temu w pobliżu południowego bieguna księżyca.

Nowe badanie opublikowane w Science Advances pokazuje, że uderzenie, które uformowało gigantyczny basen bieguna południowego-Aitken (SPA) spowodowałoby powstanie masywnego pióropusza ciepła rozchodzącego się po wnętrzu księżyca. Ten pióropusz zawierałby pewne materiały – kombinację pierwiastków ziem rzadkich i wytwarzających ciepło – a także pobliski księżyc. Ta koncentracja pierwiastków mogła przyczynić się do aktywności wulkanicznej, która doprowadziła do powstania pobliskich równin wulkanicznych.

Bliższą stronę Księżyca (po lewej) dominują rozległe osady wulkaniczne, podczas gdy dalsza (po prawej) zawiera znacznie mniej. Powodem dużej różnicy między obiema stronami jest tajemnica wiecznego księżyca. Źródło: Uniwersytet Browna

„Wiemy, że wielkie uderzenia, takie jak ten, który ukształtował SPA, wytworzą dużo ciepła” – powiedział dr Matt Jones. Kandydat na Brown University i główny autor opracowania. Pytanie brzmi, jak ta temperatura wpływa na wewnętrzną dynamikę Księżyca. Pokazujemy, że w każdych rozsądnych warunkach w czasie, gdy powstaje SPA, kończy się koncentracją tych wytwarzających ciepło elementów na bliższej stronie. Spekulujemy, że przyczyniło się to do stopienia płaszcza, które doprowadziło do wypływów lawy, które widzimy na powierzchni. „

Badanie było wynikiem współpracy między Jonesem i jego doradcą, Alexandrem Evansem, adiunktem na Brown University, a także badaczami z Purdue University, Lunar and Planetary Science Laboratory w Arizonie, Stanford University i[{” attribute=””>NASA’s Jet Propulsion Laboratory.

A new study reveals that an ancient collision on the Moon’s south pole changed patterns of convection in the lunar mantle, concentrating a suite of heat-producing elements on the nearside. Those elements played a role in creating the vast lunar mare visible from Earth. Credit: Matt Jones

The differences between the near and far sides of the Moon were first revealed in the 1960s by the Soviet Luna missions and the U.S. Apollo program. While the differences in volcanic deposits are plain to see, future missions would reveal differences in the geochemical composition as well. The nearside is home to a compositional anomaly known as the Procellarum KREEP terrane (PKT) — a concentration of potassium (K), rare earth elements (REE), phosphorus (P), along with heat-producing elements like thorium. KREEP seems to be concentrated in and around Oceanus Procellarum, the largest of the nearside volcanic plains, but is sparse elsewhere on the Moon.

Some scientists have suspected a connection between the PKT and the nearside lava flows, but the question of why that suite of elements was concentrated on the nearside remained. This new study provides an explanation that is connected to the South Pole–Aitken basin, the second largest known impact crater in the solar system.

For the study, the researchers conducted computer simulations of how heat generated by a giant impact would alter patterns of convection in the Moon’s interior, and how that might redistribute KREEP material in the lunar mantle. KREEP is thought to represent the last part of the mantle to solidify after the Moon’s formation. As such, it likely formed the outermost layer of mantle, just beneath the lunar crust. Models of the lunar interior suggest that it should have been more or less evenly distributed beneath the surface. But this new model shows that the uniform distribution would be disrupted by the heat plume from the SPA impact.

According to the model, the KREEP material would have ridden the wave of heat emanating from the SPA impact zone like a surfer. As the heat plume spread beneath the Moon’s crust, that material was eventually delivered en masse to the nearside. The team ran simulations for a number of different impact scenarios, from dead-on hit to a glancing blow. While each produced differing heat patterns and mobilized KREEP to varying degrees, all created KREEP concentrations on the nearside, consistent with the PKT anomaly.

The researchers say the work provides a credible explanation for one of the Moon’s most enduring mysteries.

“How the PKT formed is arguably the most significant open question in lunar science,” Jones said. “And the South Pole–Aitken impact is one of the most significant events in lunar history. This work brings those two things together, and I think our results are really exciting.”

Refernece: “A South Pole–Aitken impact origin of the lunar compositional asymmetry” by Matt J. Jones, Alexander J. Evans, Brandon C. Johnson, Matthew B. Weller, Jeffrey C. Andrews-Hanna, Sonia M. Tikoo and James T. Kean, 8 April 2022, Science Advances.
DOI: 10.1126/sciadv.abm8475