Eine neue Studie zeigt, dass der Mond metallreicher ist als bisher angenommen. Das hat weitreichende Auswirkungen auf unser Verständnis der Mondentstehung. Wenn ihre Ergebnisse solide sind, bedeutet dies, dass wir möglicherweise überdenken müssen Riesen-Impact-Hypothese für die Mondentstehung.
Ein Team von Wissenschaftlern untersuchte im Rahmen der Suche nach Wassereis den Boden von Mondkratern, die das Miniatur-Radiofrequenz-Instrument (LRO) des Lunar Reconaissance Orbiter (LRO) verwendeten. Die Lage und Zugänglichkeit von Wasser auf dem Mond ist ein großer Teil unserer Pläne, dort eine menschliche Präsenz zu haben. Es könnte nicht nur eine Trinkwasserquelle sein, sondern auch eine Quelle für Wasserstoff und Sauerstoff, beides äußerst nützliche Elemente.
Die Forscher untersuchten im Kraterboden sogenannte Regolith-Feinstaub, was im Grunde sehr feiner Staub bedeutet. Je nach Tiefe des Kraters erhielten sie unterschiedliche Messwerte zum Metallgehalt in den Feinanteilen. Regolith-Feinanteile in tieferen Kratern zeigten mehr Metallreichtum als flachere Krater.
Das war ein Rätsel. Denn wenn es mehr Metall gibt, als wir dachten, müssen wir die Entstehung des Mondes überdenken.
Die neue Studie trägt den Titel „ Bulk-Zusammensetzung von Regolith-Feinstoffen auf Mondkraterböden: Erste Untersuchung durch LRO/Mini-RF .“ Der Hauptautor ist Essam Heggy, Mitforscher der Mini-RF-Experimente von der University of Southern California. Der Artikel ist in der Zeitschrift Science Direct erschienen.
„Die LRO-Mission und ihr Radarinstrument überraschen uns immer wieder mit neuen Erkenntnissen über die Ursprünge und die Komplexität unseres nächsten Nachbarn“, sagte Wes Patterson, Mini-RF-Forschungsleiter vom Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) in Laurel, Maryland. und Mitautor der Studie.
Dieses schattierte Reliefbild zeigt den Shackleton-Krater des Mondes, einen 21 km breiten Krater, der in der Nähe des Mondsüdpols dauerhaft beschattet ist. Die innere Struktur des Kraters wird basierend auf Daten der LRO-Sonde der NASA in Falschfarben dargestellt. Wissenschaftler vermuten, dass sich im Schatten des Kraters viel Wassereis versteckt. Bildnachweis: NASA
In diesem Fall arbeiteten Wissenschaftler an einem besseren Weg, um Wassereis zu erkennen, das in den schattigen Böden von Kratern vor der Sonne verborgen ist. Bei der Verwendung von Radar zur Erkennung gibt es einige Unsicherheiten in den empfangenen Signalen. In gewisser Weise versuchten sie, diese Unsicherheit durch ein besseres Verständnis der Signale zu beseitigen, die sie vom Hintergrund-Regolith erhalten.
Sie fanden heraus, dass die dielektrischen Signale je nach Kratergröße, Tiefe und Breite variieren. In ihrer Studie schreiben sie: „Wir finden, dass die plausibelste Erklärung für die beobachtete Variabilität von Regolith-Feinstoffen auf Kraterböden mineralogische Unterschiede sind, was auf eine Zunahme der Metallhäufigkeit im ursprünglichen ausgegrabenen Substrat mit der Tiefe hindeutet, dh im obersten Kilometer des Mondkruste.“
Eine geologische Karte des Mondes, die verschiedene Formationen und Mineralvorkommen zeigt. Bildnachweis: NASA/GSFC/USGS
Reduzieren Sie diese Aussage auf einfaches Englisch und sie sagt, dass es in Mondkratern mehr Metall gibt als erwartet, und je größer und tiefer diese Krater sind, desto mehr Metall haben sie gefunden. Dieses Muster gilt jedoch nur bis zu einer bestimmten Kratertiefe. Ab einer bestimmten Größe flacht die Metallmenge ab. Zu den Metallen gehören in diesem Fall Eisen und Titan, und die Ergebnisse deuten darauf hin, dass in der oberen Kruste des Mondes viel mehr Metall enthalten ist, als es sein sollte, wenn unsere Hypothese des Rieseneinschlags richtig ist.
Die Rieseneinschlagshypothese besagt, dass die junge Erde von einem uralten Protoplaneten von der Größe des Mars namens Theia getroffen wurde. Das geschah vor etwa 4,5 Milliarden Jahren und der Einschlag sprengte eine enorme Menge geschmolzenen Gesteins in den Weltraum. Dieses Material umkreiste die Erde und verschmolz zum Mond. Die Hypothese wird durch Beweise gut gestützt, einschließlich der Verhältnisse der stabilen Isotope sowohl auf der Erde als auch auf dem Mond.
Künstlerisches Konzept einer Kollision zwischen Proto-Erde und Theia, von der angenommen wird, dass sie vor 4,5 Milliarden Jahren stattfand. Bildnachweis: NASA
Dort sind einige Löcher in der Hypothese , obwohl. Im Mondhochland, als a Pressemitteilung weist darauf hin, dass „Gesteine im Vergleich zur Erde geringere Mengen an metallhaltigen Mineralien enthalten“. Wenn sich die Erde zum Zeitpunkt des Einschlags mit Theia nun in Kern, Mantel und Kruste differenziert hätte, dann wäre der Mond metallarm wie im Hochland.
Aber das Problem ist, dass der gesamte Mond nicht metallarm ist. In der Maria des Mondes, den großen flachen Ebenen, die durch Vulkanausbrüche gebildet wurden, ist Metall häufiger als viele Gesteine auf der Erde und häufiger als im Hochland. Was gibt?
Viele Fragen kreisen um das ganze Thema. Wie war Theias Zusammensetzung? Wie wurden flüchtige Stoffe wie Wasser in den Mondbasalten eingeschlossen? Und die Titanisotopenverhältnisse von Erde und Mond sind fast identisch, was darauf hindeutet, dass keines von Theias Material es auf den Mond geschafft hat.
Hier kommen diese Forschung und das Team, das die Mini-RF des LRO verwendet, ins Spiel.
Eine Illustration des Lunar Reconnaissance Orbiters. Bildquelle: NASA
Während sie ihre Suche nach Wasser verschärften, maßen sie die Dielektrizitätskonstante des feinen Materials in den Kratern. Die Dielektrizitätskonstante ist im Grunde ein Maß für die Fähigkeit eines Materials, ein elektrisches Feld relativ zum Vakuum des Weltraums zu übertragen. Eine höhere Dielektrizitätskonstante bedeutet mehr Metall, insbesondere Eisen und Titan.
Dabei bemerkten sie ein rätselhaftes Muster. Als die Krater größer wurden, stieg die Konstante. Aber es war nicht linear. In Kratern mit einer Breite von 2 bis 5 km (1 bis 3 Meilen) nahm die Konstante mit der Kratergröße zu. Bei Kratern mit einer Breite von 5 bis 20 km (3 bis 12 Meilen) blieb die Dielektrizitätskonstante jedoch stabil.
„Es war eine überraschende Beziehung, von der wir keinen Grund zu der Annahme hatten, dass sie existieren würde“, sagte Hauptautorin Heggy in a Pressemitteilung .
„Dieses aufregende Ergebnis von Mini-RF zeigt, dass wir auch nach 11 Jahren Betrieb auf dem Mond immer noch neue Entdeckungen über die alte Geschichte unseres nächsten Nachbarn machen.“
Noah Petro, LRO-Projektwissenschaftler
Was bedeutet dieses Muster?
Das Forscherteam argumentierte, dass der Einschlag, der die größeren Krater erzeugte, mehr metallreiches Material unter der Oberfläche ausgrub. Das bedeutet, dass nur die obersten paar hundert Meter des Mondes metallarm sind, während tiefere Materialien metallreicher sind. Aber dieses Muster hält nur bis zu einer gewissen Tiefe an.
Sie gingen in ihrer Arbeit weiter. Sie verglichen ihre Mini-RF-Bilder von Kraterböden mit Metalloxidkarten, einer von der Weitwinkelkamera des LRO und anderen von Japans Kaguya Mission und NASAs Mondsucher Raumfahrzeug. Diese Daten bestätigten ihre Ergebnisse: Größere Krater waren reicher an Eisenoxid und Titanoxid, und dieses Material muss tiefer im Mond ausgegraben worden sein.
„Dieses aufregende Ergebnis von Mini-RF zeigt, dass wir selbst nach elf Jahren in Betrieb auf dem Mond immer noch neue Entdeckungen über die alte Geschichte unseres nächsten Nachbarn machen“, sagte Noah Petro, der LRO-Projektwissenschaftler am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland. „Die MINI-RF-Daten sind unglaublich wertvoll, um uns über die Eigenschaften der Mondoberfläche zu informieren, aber wir verwenden diese Daten, um abzuleiten, was vor über 4,5 Milliarden Jahren passiert ist!“
Dieser überraschende Einblick in den Mond geht mit anderen neueren Entdeckungen und Erkenntnissen einher. Die GRAIL-Mission der NASA hat die Schwerkraft des Mondes kartiert und eine Anomalie entdeckt im Südpol-Aitken-Becken. Ein massiver Brocken dichtes Material ist dort begraben, ein weiterer Beweis dafür, dass die Struktur des Mondes nicht einheitlich ist und dass dichteres Material über den Untergrund verteilt werden kann. Dann gibt es die Mond's KREEP Terrane , eine Ablagerung von radioaktiv zerfallenden Elementen, die dazu führte, dass dieser Teil des Mondes noch lange vulkanisch blieb, nachdem der Rest des Mondes abgekühlt war.
Verteilung von Thorium auf der Mondoberfläche von der Lunar Prospector-Mission. Thorium ist stark mit anderen radioaktiven Elementen korreliert (wärmeerzeugend), wobei das meiste davon auf der erdzugewandten Seite (nahe Seite) vorhanden ist. Die Beziehung zwischen dieser Region und vielen beobachteten Merkmalen der Mondgeschichte ist eine Schlüsselfrage in den Mondwissenschaften. Bildquelle: Laneuville, M. et al. (2013) Journal of Geophysical Research: Planets.
All dies trägt zum Mysterium des Mondes bei und zeigt, dass mit wachsendem Wissen über die Dinge immer mehr Fragen auftauchen.
'Es wirft wirklich die Frage auf, was das für unsere bisherigen Entstehungshypothesen bedeutet', sagte Heggy.
Diese neue Forschung bedeutet, dass wir die Rieseneinschlagshypothese überdenken müssen, obwohl die Studie selbst uns keine Antwort auf die Frage nach dem Ursprung des Mondes gibt.
Die Polarregionen des Mondes sind schattiger als die äquatorialen Regionen. Freiliegendes Wassereis (grüne oder blaue Punkte) in lunaren Polarregionen und Temperatur. Bildnachweis: Shuai Li
In dieser Studie untersuchten die Forscher nur Krater auf der Nordhalbkugel des Mondes. Aber die Ergebnisse haben ihre Neugier geweckt. Sie haben bereits damit begonnen, Krater auf der Südhalbkugel zu untersuchen, um zu sehen, ob der gleiche Trend in dieser Region erkennbar ist.
Wenn dies der Fall ist – und selbst wenn nicht – könnte das Ergebnis dasselbe sein: Es ist an der Zeit, die Ursprünge und die Geschichte des Mondes neu zu untersuchen.
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