Et team af forskere er færdig med at analysere sten, der indsamles ved den Kinesiske lunar rover Yutu i 2013 — de første geologisk prøvetagning indsats for at ramme Månen i fyrre år. Den regolith, er noget vi har set før, og det tyder på, at Månen ‘ s historie er langt mere komplekst, end vi har indset.
1970’erne var storhedstid månens geologiske undersøgelser, med både det Amerikanske Apollo (1969-1972) og den russiske Luna (1970-1976) missioner indsamling og analyse af prøver. Siden da, har vi fortsatte med at studere Månens overflade langvejs fra, ved hjælp af fjernbetjening, sonder. Kun i de sidste par år har den Kinesiske rumprogram begyndt at samle op “ground arbejde”—og i sine bestræbelser på at afsløre, hvor meget vi stadig har at lære om Jordens nærmeste nabo.
Resultater fra en månens overflade rover mission i dag offentliggøres i Nature Communications viser, at Månens kappe er langt mindre homogen end Jordens, sandsynligvis er et resultat af store konsekvenser roiling alt op for milliarder af år siden.
Præcis hvordan Månen dannet er ikke sikker på, men ifølge en førende teori, det var voldelig. Kaldes “kæmpe effekt hypotese” eller “Big Splash”, ideen er dybest set, at en oprindelig, Mars-størrelse planeten styrtede hovedkulds til Jorden, omkring 4.5 milliarder år siden, 20-100 millioner år efter, at vores planet er dannet af. Kollision sprøjtes massive klumper af smeltet snavs ind i kredsløb, der hurtigt smeltede sammen i en ny planetariske krop—vores Måne.
Fuld månen set fra Jordens nordlige halvkugle. Image Credit: Wikimedia
Sponsoreret
Som det afkøles, Månen rocky materialer adskilles i en skorpe, kappe og kerne. Men en halv milliard år senere, en ophobning af varme fra det radioaktive henfald af elementer i Månens indre remelted dele af kappen, der skaber en undergrunden, rocky “ocean”. Dette udløste en periode med intens vulkansk aktivitet og udbrud, der varede i endnu en milliard år. Bevis for denne periode med kraftig vulkansk aktivitet er skarp: mørke, basaltiske sletter—en såkaldt “maria”— dækker næsten en femtedel af Månens overflade, og er mest synlig på den side, som vender mod Jorden.
Apollo og Luna missioner stikprøven basalt strømme, der dannes under højden af Månen vulkanske periode. Chang ‘ e-3, en uncrewed lunar lander, der transporterer Yutu rover, bevidst målrettede noget andet. I December 2013, og det landede i Zi Wei, en forholdsvis unge (<3 milliarder år) impact crater ligger på den nordlige kant af den fremtrædende, lava-fyldt Imbrium bassinet. Basalt plains i dette krater repræsenterer meget enden af Månen mest udbruds-tiden, når op på 95% af den kappe, havet havde allerede re-størknede. Den regolith—pulver, forvitret materiale, der tæpper Månens overflade—er tynd og ligner meget den underliggende klippe. Som sådan, krateret tilbudt en mulighed for at kigge ind i et senere kapitel i Månens historie.
Den simpleste antagelse er, at den geologiske historie i Zi Wei ville spejl, hvad Apollo og Luna havde fundet andre steder. Sandheden viste sig at være langt mere interessant.
Mærkeligt, Mineraler, Voldelige Historie
Efter Yutu indsamlet prøver af regolith, de blev analyseret af rover ‘ s alpha particle X-ray spectrometer og nær-infrarød hyper spectral imager. Flere aspekter af prøver’ mineralogi var usædvanlige. Først og fremmest, at de indeholdt mellemliggende koncentrationer (4-5%) af titanium oxid, som var bundet i form af mineralet ilmenite (FeTiO3).
Med et relativt lavt smeltepunkt, ilmenite er en af de sidste mineraler til cool ud af magma. Som det krystalliserer, tæt mineral synker ned i kappen, der danner regioner af titanium berigelse. Når vulkansk aktivitet, blusser op, får du basaltisk udstrømninger, der er titanium oxid beriget (op til 15% af vægt). Men når magma stiger i ilmenite-fattige regioner, titanium koncentrationer, der har tendens til at være ganske lav. Begge disse kompositioner (høj og lav titanium) blev observeret af Apollo og Luna.
Fire udsigt over Imbrium bassinet og Chang ‘ e-3 landing site, der er indsamlet via fjernbetjening sonder. Image Credit: NASA/LPI
De nye prøver,’ mellemliggende titanium koncentrationer, men er en smule skøre. Hvis Månens kappe afkølet ensartet over tid, ville vi forvente en gentagelse af historien fra før—enten høj eller lav titanium niveauer. Nu, vi er begyndt at se en graduering i koncentration.
“Vi forsøger stadig at finde ud af, præcis hvordan det er sket,” undersøgelse medforfatter Bradley Jolliff sagde i en erklæring. “Muligvis, at der var store konsekvenser i løbet af magma ocean fase, der forstyrrede kappe’ s dannelse.”
Selvfølgelig, vi allerede kender en periode, hvor Månen var intenst voldsramte—Late Heavy Bombardement, som fandt sted nogle 4.1 3.8 milliarder år siden. Men hyppigheden af virkninger efter LBH er ikke godt forstået. I hvert fald det billede, vi bygger på Månen står i skarp kontrast til situationen på Jorden, hvor kappe afkølet forholdsvis ensartet.
“Den mangfoldighed, der fortæller os, at Månens øverste kappe er meget mindre ensartet sammensætning end Jordens,” Jolliff sagde. “Og sammenholde kemi med alder, kan vi se, hvordan Månen er vulkansk aktivitet ændret sig over tid.”
Mens Yutu er titanium data, der rejser store spørgsmål om Månen ‘ s tidlige historie, rover også medvirket til at løse en mindre gåde. Orbital data angivet, at de Chang ‘ e-3 landing site var rig på både ilmenite og mineralet olivin. At finde disse mineraler sammen, er en smule mærkeligt, fordi olivin normalt krystalliserer ud af magma, som er meget tidligere. Men Yutu viste, at olivin i Zi Wei er usædvanligt jern-rige, der giver den et meget lavere smeltepunkt. Opdagelsen understreger vigtigheden af jorden-truthing remote sensing data med de faktiske prøver.
Meget Mere At Komme
På nogle måder, undersøgelsen rejser flere spørgsmål, end det besvarer. Men hvis en ting er klart fra Kinas første lunar udforskning anstrengelse, det er, at jord missioner til Månen er stadig værd at vores tid. Heldigvis, dette er ikke slutningen på historien for Chang ‘ e.
“Vi vil fortsætte vores dybdegående undersøgelser for disse unge lunar basalt,” føre undersøgelse forfatter Zongcheng Ling af Shandong Universitet fortalte Gizmodo i en e-mail. “Sandsynligvis i kombination med andre lunar-datasæt, månens meteoritter undersøgelser og kemiske modeller metoder, vi bedre kan forstå petrogenisis historie af disse unikke unge lunar basalt.”
I tillæg til Yutu arbejde, Chang ‘ e-3 placeret en robot, der står på Månen, og det er blevet arbejdet smukt lige siden. Sidste år, Kina afsluttet sin første lunar vende tilbage mission, når dens Chang ‘ e-5-test bilen svingede rundt om Månen er langt side, før du sender sin (tom) sample afkast modul hjem. I sidste ende, er Kina i håb om at ikke kun landet en sonde på den anden side af Månen, men returnere prøver til Jorden.
“Vores undersøgelser viser, at der stadig er mange ubesvarede mysterier af månens kappe til fremtidige undersøgelser,” Ling sagde. “Fremtidens Kinesiske lunar missioner som Chang’ e-4 og Chang ‘ e-5 vil helt sikkert hjælpe til [løse] disse mysterier.”
[Læs det fulde videnskabelig artikel i Nature Communications]
Følg forfatteren @themadstone