Das Gesicht, das der Mond der Erde zeigt, sieht ganz anders aus als das, das er auf seiner anderen Seite verbirgt. Die Beiseite wird vom Lunar Mare dominiert – den riesigen, dunkel gefärbten Überresten uralter Lavaströme. Die kraterübersäte andere Seite hingegen ist praktisch frei von großflächigen Stutenmerkmalen. Warum die beiden Seiten so unterschiedlich sind, ist eines der beständigsten Geheimnisse des Mondes.
Jetzt haben Forscher eine neue Erklärung für den Mond mit zwei Gesichtern – eine, die sich auf einen riesigen Einschlag vor Milliarden von Jahren in der Nähe des Südpols des Mondes bezieht.
Eine neue Studie in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaftliche Fortschritte zeigt, dass der Aufprall, der das riesige Südpol-Aitken-Becken (SPA) des Mondes bildete, eine massive Wärmewolke erzeugt hätte, die sich durch das Mondinnere ausbreitete. Diese Wolke hätte bestimmte Materialien – eine Reihe von seltenen Erden und wärmeerzeugenden Elementen – zur nahen Seite des Mondes getragen. Diese Konzentration von Elementen hätte zu dem Vulkanismus beigetragen, der die nahen Vulkanebenen geschaffen hat.
„Wir wissen, dass große Einschläge wie der, der SPA gebildet hat, viel Hitze erzeugen würden“, sagte Matt Jones, ein Ph.D. Kandidat an der Brown University und Hauptautor der Studie. „Die Frage ist, wie sich diese Wärme auf die innere Dynamik des Mondes auswirkt. Was wir zeigen, ist, dass es unter allen plausiblen Bedingungen zum Zeitpunkt der Bildung von SPA diese wärmeerzeugenden Elemente auf der nahen Seite konzentriert. Wir erwarten, dass dies zum Mantel beigetragen hat Schmelzen, das die Lavaströme hervorgebracht hat, die wir an der Oberfläche sehen.“
Die Studie war eine Zusammenarbeit zwischen Jones und seinem Berater Alexander Evans, einem Assistenzprofessor an der Brown University, zusammen mit Forschern der Purdue University, des Lunar and Planetary Science Laboratory in Arizona, der Stanford University und des Jet Propulsion Laboratory der NASA.
Die Unterschiede zwischen der nahen und der fernen Seite des Mondes wurden erstmals in den 1960er Jahren durch die sowjetischen Luna-Missionen und das US-Apollo-Programm aufgedeckt. Während die Unterschiede in den vulkanischen Ablagerungen deutlich zu sehen sind, würden zukünftige Missionen auch Unterschiede in der geochemischen Zusammensetzung aufdecken. Die Beiseite beherbergt eine als Procellarum KREEP terrane (PKT) bekannte Zusammensetzungsanomalie – eine Konzentration von Kalium (K), Seltenerdelementen (REE), Phosphor (P) zusammen mit wärmeerzeugenden Elementen wie Thorium. KREEP scheint in und um Oceanus Procellarum konzentriert zu sein, der größten der nahen vulkanischen Ebenen, ist aber anderswo auf dem Mond spärlich.
Einige Wissenschaftler haben eine Verbindung zwischen dem PKT und den Lavaströmen auf der Beiseite vermutet, aber die Frage, warum sich diese Gruppe von Elementen auf der Beiseite konzentrierte, blieb bestehen. Diese neue Studie liefert eine Erklärung, die mit dem Südpol-Aitken-Becken, dem zweitgrößten bekannten Einschlagskrater im Sonnensystem, verbunden ist.
Für die Studie führten die Forscher Computersimulationen durch, wie die durch einen riesigen Einschlag erzeugte Wärme die Konvektionsmuster im Mondinneren verändern würde und wie dies KREEP-Material im Mondmantel umverteilen könnte. Es wird angenommen, dass KREEP den letzten Teil des Mantels darstellt, der sich nach der Entstehung des Mondes verfestigt. Als solches bildete es wahrscheinlich die äußerste Mantelschicht direkt unter der Mondkruste. Modelle des Mondinneren deuten darauf hin, dass es mehr oder weniger gleichmäßig unter der Oberfläche verteilt sein sollte. Dieses neue Modell zeigt jedoch, dass die gleichmäßige Verteilung durch die Wärmefahne des SPA-Einschlags gestört würde.
Laut Modell wäre das KREEP-Material wie ein Surfer auf der Hitzewelle geritten, die von der SPA-Aufprallzone ausgeht. Als sich die Wärmefahne unter der Mondkruste ausbreitete, wurde dieses Material schließlich massenhaft auf die nahe Seite befördert. Das Team führte Simulationen für eine Reihe verschiedener Aufprallszenarien durch, von einem Volltreffer bis zu einem Streifschuss. Während jede unterschiedliche Wärmemuster erzeugte und KREEP in unterschiedlichem Maße mobilisierte, erzeugten alle KREEP-Konzentrationen auf der nahen Seite, was mit der PKT-Anomalie übereinstimmt.
Die Forscher sagen, dass die Arbeit eine glaubwürdige Erklärung für eines der beständigsten Geheimnisse des Mondes liefert.
„Wie sich die PKT gebildet hat, ist wohl die bedeutendste offene Frage in der Mondwissenschaft“, sagte Jones. „Und der Südpol-Aitken-Einschlag ist eines der bedeutendsten Ereignisse in der Mondgeschichte. Diese Arbeit bringt diese beiden Dinge zusammen, und ich denke, unsere Ergebnisse sind wirklich aufregend.“
Matt J. Jones, Ein Südpol-Aitken-Impaktursprung der Mondzusammensetzungsasymmetrie, Wissenschaftliche Fortschritte (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abm8475. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm8475