Mėnulio mantija prie paviršiaus: SPA įtakos atradimai

Mokslininkai dabar mano, kad vienas milžiniškas smūgis Mėnulio ankstyvoje istorijoje galėjo išmesti mantijos uolienas arčiau paviršiaus nei tikėtasi, ir būtent ten, kur ateities Artemis įgulos galėtų vaikščioti.

Mėnulio kilmės ir evoliucijos centras, virtuali NASA organizacija, kuriai vadovauja Southwest Research Institute, tyrė medžiagas, iškastas tada, kai didelis smūginis kūnas sukūrė senovinį Pietų poliaus Aitkeno (SPA) baseiną (mėlyna), milžinišką struktūrą Mėnulio tolimame šone. Du papildomi tyrimai nustatė, kad SPA aplinkoje yra mantijos kilmės uolienų (oranžinė ir juoda), suteikiančių informacijos apie Mėnulio vidų ir jo ankstyvąją istoriją. Siūlomos nusileidimo vietos (baltos kvadratinės žymos) būsimoms Artemis misijoms į mėnulio pietų polių yra šioje srityje, todėl astronautai galėtų pasiekti ir ištirti šias medžiagas. 

Kai mėnulio dydžio projektilas viską pakeitė

Įsivaizduokite uolinį kūną, galbūt mažos planetos dydžio, smunkantį į mėnulio paviršių strėle. Jis neatsitrenkė tiesiai, o nuslydo iš šiaurės į pietus, palikdamas pailgą taką ir sukūręs tai, ką dabar vadiname Pietų poliaus Aitkeno baseinu, didžiausia ir viena iš seniausių smūgio struktūrų Mėnulyje.

Tokia yra situacija, atkuriama naujų aukštos raiškos smūgio modeliavimo simuliacijų, kurias vedė Mėnulio kilmės ir evoliucijos centro tyrėjai. Simuliacijos atkartoja baseino ilgesnį, siaurėjantį kontūrą ir atskleidžia netikėtų detalių apie patį smūginį kūną: juo tikriausiai buvo diferencijuotas objektas su geležies šerdimi ir uoline mantija, panašus į miniatiūrinę proplanetą.

Greitis. Impulsas. Šiluma. Kai tas kūnas smogė, jis iškasė ertmę daug gilesnę nei įprasti mėnulio krateriai ir ištirpdė uolienas netoli smūgio vietos. Didžiuliai kiekiai plutoninių ir mantijos medžiagų buvo išmesti į išorę; dalis jų pasišalino į kosmosą, o dauguma nukrito atgal ant baseino dugno ir aplinkinių teritorijų.

Gravitacija šnibžda tai, ko uolienos negali šaukti

Modeliai vien tik nepasako visos istorijos. Antrasis tyrimas pasitelkė gravitacijos matavimus iš NASA misijų, ypač GRAIL ir LRO, kad žemėlapintų tankio svyravimus po ir aplink SPA. Suderinę tuos gravitacijos duomenis su fizikiniais plutonos ir mantijos struktūros modeliais, mokslininkai nustatė, kur tikėtina slypi tankesnės, iš mantijos kilusios uolienos.

Rezultatas: mantijos medžiagos kišenės nėra ribotos tik giliausioje baseino dalyje, bet maišosi per dalis išmesto sluoksnio ir yra arčiau mėnulio pietų poliaus nei anksčiau manyta. Vėlesni, mažesni smūgiai SPA viduje, atrodo, atkasė kai kurias šias sankaupas, atnešdami mantijos fragmentus arčiau paviršiaus vietose, kurios sutampa su kandidatinėmis Artemis nusileidimo vietomis.

Kodėl tai svarbu? Mantijos uolienos fiksuoja procesus iš Mėnulio formavimosi metų. Jos išsaugo informaciją apie ankstyvąjį lydymą, diferenciaciją ir vidinio sudėties ypatumus, kuri yra būtina norint atkurti, kaip susiformavo Mėnulis ir, išplėsti, kaip vystėsi vidinė Saulės sistemos dalis.

Artemis: galimybė imti mėginius iš gelmių be gręžimo

Ankstesnės vertinimų išvados siūlė, kad giliausios mantijos medžiagos, išmestos SPA susidūrimo metu, būtų toli nuo regionų, prieinamų astronautams. Naujas smūgio fizikos ir gravitacijos žemėlapio sintezė keičia šią prognozę. Kai kurie mantijos fragmentai dabar gali būti pasiekiami arčiau kandidatinių pietų poliaus nusileidimo zonų.

Tai gali būti transformuojantis atradimas. Vietoje to, kad būtų pasikliauta tik giliu gręžimu ar tolimomis robotinėmis misijomis, Artemis komandos galėtų surinkti uolienas, kurių cheminė sudėtis ir mineralogija suteiktų tiesioginių žinių apie Mėnulio vidų. Tokie mėginiai galėtų susiaurinti ribas dėl Mėnulio diferenciacijos laiko, vulkanizmo pobūdžio ir ingredientų, buvusių ankstyviausiais Mėnulio epochų laikais.

• Prieiga prie mantijos uolienų padėtų patikrinti Mėnulio susidarymo ir šiluminės istorijos modelius.
• Grąžinti mėginiai galėtų patikslinti izotopines chronologijas, datuojančias svarbius įvykius ankstyvoje Saulės sistemoje.
• Astronautų atliktas lauko darbas leistų rinkti mėginius, atsižvelgiant į kontekstą, kas suteikia mokslinį pranašumą prieš trumpus robotinius paėmimus.

Kaip atlikti tyrimai

Smūgio tyrimas naudojo trimatį hidrodinaminį modeliavimą, kad atkurtų mažo kampo susidūrimą iš mėnulio šiaurės į pietus. Kintamieji apėmė smūginio kūno dydį, vidinę struktūrą, kampą ir greitį. Tai leido tyrėjams atkurti baseino asimetrinę formą ir numatyti išmesto materialiojo sluoksnio pasiskirstymą.

Kompanioninis gravitacijos tyrimas panaudojo aukštos raiškos gravitacijos anomalijas kartu su mechaniniais plutonos ir mantijos modeliais. Regionai, turintys didesnę nei tikėtasi masę, interpretuoti kaip tikėtina, kad juose yra tankesnės, iš mantijos kilusios medžiagos, įmaišytos į išmetimo sluoksnį. Kartu abi prieigos suteikia kryžminį vaizdą: vieną iš priežasties, t. y. smūgio, ir kitą iš pasekmės, t. y. požeminės masės pasiskirstymo.

Ekspertų įžvalga

"Dabar turime praktišką žemėlapį, kur ieškoti," sakė dr. William Bottke, Mėnulio kilmės ir evoliucijos centro direktorius. "SPA baseinas nėra tik Mėnulio ankstyvųjų smurtinių epizodų archyvas; jis taip pat rodo mėginių ėmimo galimybes, kurios galėtų atsakyti į pagrindinius klausimus apie Mėnulio kilmę ir evoliuciją."

Dr. Gabriel Gowman, atsakingas už gravitacijos analizę, pridūrė, kad modeliai rodo atsekamas mantijos signalų zonas regionuose, kuriuos Artemis programa jau svarsto. "Duomenys rodo, kad dalis mantijos kilmės medžiagos yra pasiekiama paviršiuje arba netoliese, o ne užkasama kilometrų gylyje," jis pažymėjo. Tai yra parafrazės interpretacijos iš paskelbtų rezultatų, pateiktos čia, kad pabrėžtų praktines pasekmes misijų planavimui.

Ką toliau reiškia mėnulio tyrinėjimai

Šių išvadų patvirtinimui reikės tikslingo nuotolinio stebėjimo, patobulintos nusileidimo vietų analizės ir galiausiai vietinio tyrinėjimo. Orbitiniai spektrometrai ir žemės pramušimo prietaisai galėtų susiaurinti kandidatines zonas, kur susikaupia mantijos fragmentai. Robotiniai žvalgai galėtų patvirtinti tas vietas prieš atvykstant astronautams.

Lauko geologija Mėnulyje skirsis nuo Žemės. Nėra atmosferos. Nėra cheminio ardymo dėl oro ar vandens. Tačiau principas tas pats: kontekstas svarbus. Astronautas, galintis apžiūrėti atodangą, paimti papildomus mėginius ir dokumentuoti geologinius ryšius, suteikia mokslą, kurio nepakeis vien vienas uolienos gabalėlis.

Išvados

Pietų poliaus Aitkeno baseino istorija vystosi nuo vieno smurtaus smūgio pasakojimo iki praktinio tyrinėjimų žemėlapio. Naujos simuliacijos ir gravitacijos žemėlapiai kartu rodo, kad medžiaga iš Mėnulio mantijos gali būti arčiau ir prieinamesnė nei manyta anksčiau, potencialiai pasiekiama Artemis misijų. Jei tai pasitvirtins, artėjančios ekspedicijos galėtų atskleisti tiesioginius, apčiuopiamus įrodymus apie Mėnulio susiformavimą ir planetinių kūnų diferenciaciją.