Daten aus Indiens jüngster Mission Chandrayaan-3 unterstützt die Idee, dass einst ein Ozean aus geschmolzenem Gestein den Mond bedeckte. Wissenschaftler der Mission haben ihre neuen Erkenntnisse veröffentlicht in der Zeitschrift Nature.
Am 23. August 2023 landete ein Lander namens Vikram erfolgreich auf der Mondoberfläche. Anschließend setzten die Fluglotsen einen Rover namens Pragyan aus, der auf Vikram verstaut worden war, um Erkunden Sie den Landeplatz.
Die Stelle, an der Vikram landete, lag südlicher als jedes andere Landefahrzeug zuvor auf dem Mond. Sie gab den Wissenschaftlern Einblicke in die Geologie des Mondes, die bisher noch nicht erforscht worden waren.
Pragyans Messungen ergaben, dass die besondere Mischung chemischer Elemente im Mondboden (oder Regolith), der den Lander umgibt, relativ einheitlich war. Dieser Regolith bestand hauptsächlich aus einem weißen Gestein namens Ferroan-Anorthosit.
Die Wissenschaftler sagen, dass die chemische Zusammensetzung des Regoliths am Südpol des Mondes zwischen den Proben von zwei Orten in der Äquatorregion des Mondes liegt: den Proben, die von Astronauten auf dem US-amerikanischen Apollo-16-Flug im Jahr 1972und jene, die im selben Jahr von der robotischen Luna-20-Mission der Sowjetunion zur Erde zurückgebracht wurden.
Die große Ähnlichkeit der chemischen Zusammensetzung all dieser Proben – trotz der Tatsache, dass sie von sehr weit auseinander liegenden geografischen Orten auf dem Mond stammen – stützt die Annahme, dass der Mond in seiner Frühgeschichte von einem einzigen Magmaozean bedeckt war.
Der Mond entstand vermutlich, als ein marsgroßer Planet mit der Erde kollidierte und Gestein ausgeworfen wurde, das sich anschließend zu unserem einzigen Satelliten zusammenfügte. Der Mondmagmaozean soll von seiner Entstehung an bis zu zehn oder hundert Millionen Jahre danach vorhanden gewesen sein.
Die Abkühlung und Kristallisation dieses Magmaozeans führte schließlich zu den ferroanischen Anorthosit-Gesteinen, aus denen die Mondkruste besteht.
Orbitalmessungen
Geologisch betrachtet wird angenommen, dass das Mondhochland teilweise die alte Mondkruste darstellt. Chandrayaan-3, Apollo 16 und Luna 20 landeten alle in Hochlandregionen, was Vergleiche zuließ. Damit bot sich die Gelegenheit, Vorhersagen der Theorie zu testen, dass der Mond von einem globalen Ozean aus flüssigem Gestein bedeckt war – bekannt als Modell des lunaren Magmaozeans (LMO).
Die Autoren betonen, dass ihre Messungen die Gleichmäßigkeit der Zusammensetzung der Mondoberfläche auf mehreren Dutzend Metern Länge zeigen, auf der der Rover im Einsatz war.
Solche „Ground-Truth“-Messungen sind für die Interpretation von Beobachtungen von Raumfahrzeugen im Orbit von entscheidender Bedeutung. Die Autoren verglichen diese Ergebnisse beispielsweise mit Daten von zwei früheren indischen Mondmissionen. Chandrayaan-1 Und -2die beide die Mondoberfläche aus der Umlaufbahn vermessen haben.
Die Übereinstimmung zwischen diesen früheren Messungen der Raumsonde und denen des Pragyan-Rovers verleiht den Orbitaldatensätzen neues Vertrauen. Die Orbitaldaten lassen darauf schließen, dass die Mondoberfläche in dieser Region über eine Fläche von mehreren Kilometern eine einheitliche chemische Zusammensetzung aufweist.
Diese Messungen sind auch von unschätzbarem Wert bei der Interpretation Mondmeteoriten. Dabei handelt es sich um Gesteinsproben, die von der Mondoberfläche in den Weltraum geschleudert werden, wenn ein Weltraumgestein mit dem Mond kollidiert.
Diese Gesteinsfragmente könnten später in die Erdatmosphäre gelangen und einige könnten sogar auf den Boden treffen. Sie stellen fantastische Proben dar, denn durch die zufällige Art und Weise, wie sie aus verschiedenen Teilen des Mondes geschleudert werden, erhalten wir Proben aus Gebieten, die von früheren Missionen nicht besucht wurden.
Gerade wegen dieser zufälligen Probenentnahme ist es jedoch schwierig zu wissen, aus welchen Teilen des Mondes sie stammen, und wir können sie daher nicht in ihren richtigen Kontext einordnen. Die Messungen des Pragyan-Rovers helfen uns also, ein Bild davon zu erstellen, wie verschiedene Regionen des Mondes aussehen und wie unsere Meteoritenproben im Vergleich dazu aussehen.
Vorder- und Rückseite
Das Modell des Magmaozeans auf dem Mond wurde erstmals nach der Rückkehr von Proben aus die Apollo 11-Mission. Diese Mission landete in einem Gebiet, das hauptsächlich von dunklem Basaltgestein geprägt war (man denke an das Material, das Vulkane in Island oder Hawaii produzieren). Forschern fiel damals jedoch auf, dass die Böden von Apollo 11 auch Fragmente weißen Gesteins enthielten, das reich an dem Mineral Anorthit war, das den Namen Ferroan-Anorthosit erhielt.
Diese Beobachtung führte zu der Annahme, dass es sich bei dem weißen Gestein um winzige Fragmente der ursprünglichen, urzeitlichen Mondkruste handelte. Als der Magmaozean abkühlte, sanken dichtere Mineralien wie Olivin und Pyroxen ab und bildeten eine tiefere Schicht, den sogenannten Mantel, während der Ferroanorthosit – der weniger dicht als das umgebende Magma war – aufstieg und die erste Kruste des Mondes bildete.
Animation, die die Entwicklung des Mondes zeigt.
Seit die ursprünglichen Modelle des Magmaozeans auf dem Mond vorgeschlagen wurden, wurden verschiedene Vorschläge gemacht, um zusätzliche Komplexitäten der Mondproben und geologischen Beobachtungen des Mondes im Allgemeinen zu erklären – beispielsweise die Tatsache, dass die Kruste auf der Vorderseite des Mondes viel dünner zu sein scheint als die auf der Rückseite.
Ebenso unklar ist, warum auf der Vorderseite so viel mehr vulkanische Aktivität herrscht und sie deshalb von ausgedehnten Ebenen aus dunklem Basaltgestein dominiert wird, während die Rückseite eher aus ferroanischem Anorthosit zu bestehen scheint.
Um diese Probleme zu lösen, haben Forscher detaillierte Modelle entwickelt, um zu erklären, wie sich die Mondkruste gebildet hat und wie sie später durch Vulkanausbrüche und Einschlagkrater verändert wurde. Einige Modelle haben mehrere Schichten der Mondkruste vorhergesagt, wobei sich die ferroischen Anorthosit-Gesteine oben befinden und darunter mehr magnesiumreiche Gesteine liegen.
Interessanterweise entspricht die in dieser Studie gemessene Zusammensetzung nicht der erwarteten des ursprünglichen Ferroanorthosits, aus dem die alten Mondkrusten bestehen sollen. Stattdessen enthält es mehr Magnesium.
Diese Beobachtung deutet auf eine höhere Konzentration bestimmter Mineralien in der Mondkruste hin, als die ursprünglichen Modelle des Mondmagmaozeans vermuten ließen. Die Autoren vermuten, dass ihre Messungen eine gemischte Zusammensetzung des ferroischen Anorthositgesteins darstellen könnten, aus dem die alte Mondkruste besteht, zusammen mit Material aus den darunter liegenden Schichten magnesiumreicherer Gesteine.
Diese verschiedenen Materialschichten wurden durch die Aushöhlung von Material während der Kraterbildung auf dem Mond vermischt. Insbesondere die Landestelle von Chandrayaan-3 war wahrscheinlich von etwa 1,5 bis 2 km ausgeworfenem Gestein aus der sogenannten „South Pole-Aitken“-Einschlagsbecken– eine Vertiefung mit einem Durchmesser von 2.500 km in der Oberfläche, die vermutlich durch ein gewaltiges Einschlagsereignis in der Frühgeschichte des Mondes entstanden ist.
Spätere Einschlagkraterereignisse hätten dieses Material weiter vermischt und verteilt, was zu der Art chemischer Signatur geführt hätte, die von der Chandrayaan-3-Mission in dieser Studie gemessen wurde.
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