Ett team av forskare har slutat analysera stenar som samlats in av den Kinesiska lunar rover Yutu 2013 — första geologisk provtagning ansträngning att slå Månen i fyrtio år. Den damm och jord är inte liknar något vi sett tidigare, och det tyder på att Månens historia är långt mer komplext än vi insett.
1970-talet var en storhetstid lunar geologiska studier, med både Amerikanska Apollo (1969-1972) och ryska Luna (1970-1976) uppdrag att samla in och analysera prover. Sedan dess har vi fortsatt att studera Månens yta på avstånd, med hjälp av fjärrkontrollen rymdfärjor. Bara under de senaste åren har den Kinesiska rymdprogrammet börjat plocka upp den “mark arbete”—och dess ansträngningar att avslöja hur mycket vi fortfarande har kvar att lära sig om Jordens närmaste granne.
Resultat från en jordprover som idag publiceras i Nature Communications visar att Månens mantel är betydligt mindre homogen än Jordens, förmodligen ett resultat av större påverkan turbulent upp allt för många miljarder år sedan.
Exakt hur Månen bildades är inte säker, men enligt en ledande teori, det var våldsam. Heter det “giant inverkan hypotes” eller “Big Splash,” idén är i grund och botten som en ursprunglig, Mars-storlek planet störtade huvudstupa in i Jorden för ungefär 4,5 miljarder år sedan, 20-100 miljoner år efter att vår planet bildades. Kollisionen sprutade enorma bitar av smält skräp i bana runt jorden, som snart smälte samman till en ny planetarisk kropp—vår Måne.
Full månen sedd från Jorden norra halvklotet. Image Credit: Wikimedia
Sponsrade
När det svalnat, Månen rocky material separeras i en skorpa, mantel och kärna. Men en halv miljard år senare, en ackumulering av värme från radioaktivt sönderfall av element i Månens inre smältas om delar av manteln, skapa en underyta, rocky “ocean”. Detta utlöste en period av intensiv vulkanisk aktivitet och utbrott som varade ytterligare en miljard år. Bevis för denna period av tung vulkanisk aktivitet är stark: mörk, basaltisk slätten—en så kallad “lunar maria”— täcker nästan en femtedel av Månens yta, och är mest synlig på sidan vänd mot Jorden.
Apollo och Luna uppdrag provtas basalt flöden bildas under höjden av Månen är vulkanisk period. Chang ‘ e-3, en uncrewed lunar lander bär Yutu rover, avsiktligt riktade något annat. I December 2013, det rörde ner i Zi Wei, en förhållandevis ung (<3 miljarder år) krater som ligger på norra kanten av den framstående, lava-fylld Imbrium bassängen. Basalt slätterna i kratern representerar mycket svansen slutet av Månens mest eruptiva eran, när uppemot 95% av manteln havet hade redan åter stelnat. Den damm och jord—finkornig, väderbitna material som filtar Månens yta—är tunn och är mycket liknande till det underliggande berget. Som sådan, den krater som erbjuds en möjlighet att blicka in i ett senare kapitel av Månens historia.
Det enklaste antagandet är att den geologiska historien i Zi Wei skulle spegla vad Apollo och Luna hade hittat någon annanstans. Sanningen visade sig vara långt mer intressant.
Konstigt Mineraler, Våldsam Historia
Efter Yutu insamlade prover av damm och jord, de analyserades av rover ‘ s alfa-partikel X-ray-spektrometer och nära infraröda hyper spektrala imager. Flera aspekter av proven ” mineralogi var ovanliga. Först och främst, de innehöll mellanliggande koncentrationer (4-5%) av titanoxid, som var bundna i form av mineral ilmenite (FeTiO3).
Med en relativt låg smältpunkt, ilmenite är en av de sista mineraler för att kyla av magma. Det kristalliserar, tät mineral sjunker in i manteln, bilda regioner av titan berikning. När vulkanisk aktivitet flammar upp, du får basaltisk utflöden som är titanoxid berikad (upp till 15% av vikten). Men när magma stiger i ilmenite-fattiga regioner, titan koncentrationer tenderar att vara ganska låg. Båda dessa kompositioner (hög och låg titan) observerades av Apollo och Luna.
Fyra utsikt över Imbrium bassängen och Chang ‘ e-3 landning webbplats som samlas in via fjärrkontrollen rymdfärjor. Image Credit: NASA/LPI
Den nya prover’ mellanliggande titan koncentrationer, men är lite knäppt. Om Månens mantel kyls jämnt över tid, förväntar vi oss en upprepning av historien från före—antingen hög eller låg titan nivåer. Nu börjar vi se en gradering i koncentration.
“Vi är fortfarande att försöka räkna ut exakt hur det hände,” studie medförfattare Bradley Jolliff sade i ett uttalande. “Kanske det var stor påverkan under magma ocean stage som störs manteln är bildning.”
Naturligtvis, vet vi redan på en period under vilken Månen var intensivt misshandlade—den Sena Tunga Bombardemanget, som ägde rum några 4,1 3,8 miljarder år sedan. Men frekvensen av påverkan efter LBH är inte väl förstådd. I alla fall, den bild vi håller på att bygga om Månen är i stark kontrast till situationen på Jorden, där manteln kyls relativt jämnt.
“Den mångfald som finns säger oss att Månen är övre manteln är mycket mindre enhetlig sammansättning än Jordens,” Jolliff sagt. “Och korrelera kemi med ålder, kan vi se hur Månen är volcanism förändrats över tid.”
Medan Yutu är titan data väcker stora frågor om Månen tidiga historia, rover också hjälpte till att lösa ett mindre mysterium. Orbital uppgifter som uppgett att Chang ‘ e-3 landningsplatsen var rikt på både ilmenite och mineralet olivin. Att hitta dessa mineraler tillsammans är lite konstigt, eftersom olivin oftast kristalliserar ur magma mycket tidigare. Men Yutu visade att olivin i Zi Wei är exceptionellt järnrik, vilket ger en mycket lägre smältpunkt. Upptäckten understryker vikten av mark-truthing fjärranalysdata med verkliga prover.
Mycket Mer Att Komma Med
På vissa sätt, studien väcker fler frågor än den besvarar. Men om en sak är klar från Kinas första lunar utforskning strävar efter, det är att marken uppdrag till Månen är fortfarande väl värt vår tid. Lyckligtvis, detta är inte slutet på historien för att Chang ‘ e.
“Vi kommer att fortsätta vår djupgående studier för dessa unga lunar basalter,” leda studie författare Zongcheng Ling av Shandong University berättade Gizmodo i ett e-postmeddelande. “Förmodligen i kombination med andra lunar datamängder, lunar meteoriter studier och kemisk modellering, kan vi bättre förstå den petrogenisis historia av dessa unika unga lunar basalter.”
Förutom att Yutu arbete, Chang ‘ e-3 placerade en robot teleskop på Månen, och det har varit att arbeta vackert ända sedan dess. Senaste året har Kina genomfört den första lunar avkastning uppdrag, när dess Chang ‘ e-5 fordonet svängde runt Månen är långt sidan innan du skickar sin (tom) prov avkastning modul tillbaka hem. Så småningom, Kina hoppas att inte bara landa en sond på den bortre sidan av Månen, men återvänder prover till Jorden.
“Våra studier visar att det finns fortfarande många olösta mysterier av månens mantel för framtida studier, säger Ling sa. “Framtiden Kinesiska lunar uppdrag som Chang’ e-4 och Chang ‘ e-5 kommer definitivt att bidra till att [lösa] dessa mysterier.”
[Läs hela den vetenskapliga rapport i Nature Communications]
Följ författaren @themadstone