De enorme oude invloed die verband houdt met de verschillen tussen de nabije en verre zijden van de maan

Een nieuwe studie onthult dat een oude botsing op de zuidpool van de maan de convectiepatronen in de maanmantel heeft veranderd, met de nadruk op een groep warmteproducerende elementen aan de nabije kant. Deze elementen speelden een rol bij de vorming van het enorme maanhoefijzer dat zichtbaar was vanaf de aarde. Krediet: Matt Jones

Nieuw onderzoek laat zien hoe de impact van het Zuidpool-Aitken-bekken van de maan verband houdt met het sterke contrast in compositie en uiterlijk tussen de twee zijden van de maan.

Het gezicht dat de maan naar de aarde laat zien, ziet er heel anders uit dan het gezicht dat het aan de andere kant verbergt. De dichtstbijzijnde kant wordt gedomineerd door Perzen op de maan – de uitgestrekte, donkergekleurde overblijfselen van oude lavastromen. Aan de andere kant is de met krater gevulde andere kant vrijwel verstoken van uitgebreide merriekenmerken. De reden voor het grote verschil tussen de twee kanten is een van de meest blijvende mysteries van de maan.

Nu hebben onderzoekers een nieuwe verklaring voor de tweezijdige maan – een verklaring die verband houdt met een gigantische inslag miljarden jaren geleden nabij de zuidpool van de maan.

Een nieuwe studie gepubliceerd in Science Advances toont aan dat de impact die het gigantische South Pole-Aitken Basin (SPA) van de maan vormde, een enorme warmtepluim zou hebben veroorzaakt die zich over het binnenste van de maan zou verspreiden. Deze pluim zou bepaalde materialen hebben vastgehouden – een combinatie van zeldzame aarde en warmteproducerende elementen – evenals de nabijgelegen maan. Deze concentratie van elementen zou kunnen hebben bijgedragen aan de vulkanische activiteit die leidde tot de vorming van de nabijgelegen vulkanische vlaktes.

Uitgebreide vulkanische afzettingen domineren de dichtstbijzijnde kant van de maan (links), terwijl de andere kant (rechts) veel minder bevat. De reden voor het grote verschil tussen de twee kanten is het mysterie van de eeuwigdurende maan. Krediet: Brown University

“We weten dat grote impacts, zoals die welke de SPA hebben gevormd, veel warmte zullen creëren”, zegt Matt Jones, Ph.D. Kandidaat aan Brown University en hoofdauteur van de studie. De vraag is hoe deze temperatuur de interne dynamiek van de maan beïnvloedt. Wat we laten zien is dat onder alle redelijke omstandigheden op het moment dat de SPA zich vormt, deze uiteindelijk deze warmteproducerende elementen aan de nabije kant concentreert. We speculeren dat dit heeft bijgedragen aan het smelten van de mantel die leidde tot de lavastromen die we aan de oppervlakte zien. “

De studie was een samenwerking tussen Jones en zijn adviseur, Alexander Evans, een assistent-professor aan de Brown University, samen met onderzoekers van de Purdue University, het Lunar and Planetary Science Laboratory in Arizona, Stanford University en[{” 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