Wissenschaftler überprüften die bestehenden Ankerpunkte und die Entstehungsgeschichte der Mondkraterchronologie. Vor der Rückführung der Mondproben beruhte die Schichtung der erdzugewandten Seite des Mondes auf Fernerkundungsdaten von erdgebundenen Teleskopen und Mondorbitern. Sechs bemannte Missionen und vier Robotermissionen haben bisher Proben, darunter Basalt und Vulkanglas, aus verschiedenen geologischen Einheiten des Mondes zurückgebracht.
Basierend auf der Lithologie und der thermischen Geschichte dieser Proben wurden mit Hilfe radiometrischer Datierungstechniken ihre radiometrischen Alter bestimmt, die dann zur Interpretation der Expositionsalter geologischer Einheiten verwendet werden. Geologische Hintergrunduntersuchungen von Mondproben ergaben jedoch Unsicherheiten aufgrund unklarer Probenherkünfte und Schwierigkeiten bei der Ableitung von Kratergruppen.
Die gemischte Natur des Regoliths macht die geologische Beziehung zwischen Proben und spezifischen geologischen Einheiten unklar. Einschlagkrater spielen eine entscheidende Rolle bei der Schätzung des Modellalters geologischer Einheiten auf dem Mond und anderen festen Körpern im Sonnensystem. Wissenschaftler passen normalerweise mathematische Funktionen an, um Chronologiefunktionen für Mondkrater zu erstellen, die das Modellalter geologischer Einheiten auf dem Mond und anderen festen Körpern im Sonnensystem vorhersagen.
Diese Vorhersagen werden durch Proben bestätigt, die von Erkundungsmissionen in den Tiefen des Weltraums zurückgebracht wurden. So bestätigten die Proben der Chang’e-5-Mission beispielsweise die Zuverlässigkeit von Altersbestimmungsmethoden auf Grundlage von Kraterstatistiken und stützten damit das derzeit gängige Modell der Mondkraterchronologie.
Der Artikel stellte dann die wichtigsten Erkenntnisse und Erkenntnisse zum Mondeinschlagsfluss vor. Erstens begannen die Aufzeichnungen von Mondeinschlägen während der Erstarrungsphase des Mondmagmaozeans. Frühe Einschläge hinterließen aufgrund der kontinuierlichen Differenzierung des Magmaozeans keine klaren Aufzeichnungen. Nachdem der Magmaozean vor etwa 4,46 Milliarden Jahren größtenteils erstarrt war, begannen die Mondeinschlagsstrukturen erhalten zu bleiben.
Zweitens lässt der unerwartet hohe Gehalt an stark siderophilen Elementen (HSEs) im Mondmantel darauf schließen, dass der Mond nach der Differenzierung des Magmaozeans weiterhin von chondritischen Meteoriten bombardiert wurde, möglicherweise aufgrund eines späten Furnier-Einschlagereignisses.
Drittens deutet der Vergleich der Kraterdichte zwischen dem Mondhochland und den Marias darauf hin, dass der Mond ein spätes schweres Bombardement erlebte, wobei der Impaktfluss vor etwa 3,8 Milliarden Jahren deutlich höher war als in späteren Perioden. Das South Pole-Aitken (SPA)-Becken, das als eine der größten Impaktstrukturen auf dem Mond gilt, entstand möglicherweise vor etwa 4,3 Milliarden Jahren. Darauf folgte vor etwa 3,8 Milliarden Jahren die späte schwere Bombardementperiode (LHB), die zu einer bedeutenden geologischen und biochemischen Evolution auf dem Mond und den terrestrischen Planeten führte.
Und schließlich ist der Mondeinschlagsfluss seit etwa 3,8 Milliarden Jahren relativ stabil geblieben, mit gelegentlichen Spitzen, aber ohne nennenswerte Veränderungen der Gesamtstabilität. Diese Erkenntnisse sind entscheidend für das Verständnis der Entwicklung des Mondes und der terrestrischen Planeten.
Anschließend stellte der Artikel die wichtigsten Meinungsverschiedenheiten und bedeutenden Fortschritte bei der Lösung der Kontroverse um den Einschlagsfluss vor etwa 3,8 Milliarden Jahren vor. Die größte Unsicherheit beim Mondeinschlagsfluss ergibt sich aus der Nichtübereinstimmung zwischen radiometrischen Altern und den von der Kraterchronologie vorhergesagten Modellaltern. Diese Unsicherheit rührt hauptsächlich von der unvollständigen Kalibrierung radiometrischer Alter und statistischer Daten zur Kraterbildung her, was bei geologischen Einheiten, die älter als etwa 3,92 Milliarden Jahre sind und Durchmesser von mehr als 300 Kilometern oder weniger als etwa 10 Metern aufweisen, üblich ist.
Darüber hinaus gibt es noch weitere Probleme, wie etwa die genauen Isotopenalter der zurückgesandten Proben, die nicht eindeutig auf ihre Herkunft schließen lassen; die unklaren Ursprünge früher Einschlagsereignisse und der Orbitaldynamik auf dem Mond; die Möglichkeit, dass sich die späte Mondoberfläche nach der Verfestigung des Magmaozeans des Mondes gebildet haben könnte, ihr genauer Ursprung jedoch unklar bleibt; die frühe Einschlagsgeschichte des Mondes, die Einschränkungen für die Endstadien der Planetenentstehung aufwirft, die möglicherweise mit der Orbitaldynamik des gesamten Sonnensystems zusammenhängen; die unsichere Beziehung zwischen dem späten Mondmantel und späten schweren Bombardements, wodurch es schwierig wird, frühe geophysikalische und geochemische Eigenschaften bestimmten geologischen Kontexten zuzuordnen.
Die Kratergruppen im Mondhochland ähneln modernen Asteroideneinschlägen des Hauptgürtels, was darauf schließen lässt, dass der Hauptgürtel vor 3,8 Milliarden Jahren die Hauptquelle für Einschläge auf dem Mond gewesen sein könnte. Quelle und Dynamik früherer Einschläge sind jedoch weiterhin unklar und es bedarf weiterer Forschung, um diese Fragen zu klären.
Abschließend fassten die Autoren den aktuellen Forschungsstand zusammen und diskutierten zukünftige Forschungsrichtungen im Kontext geplanter Probenrückführungen. Während Techniken wie Probenanalyse, hochauflösende geologische Kartierung, geophysikalische Untersuchungen und Orbitaldynamik-Modellierung Unsicherheiten im Zusammenhang mit unklaren Probenherkünften und Herausforderungen bei der Ableitung von Kratergruppen reduzieren können, haben sie das schwache Verständnis früher Meteoriteneinschlagprozesse nicht grundlegend gelöst.
Derzeit ist es noch immer schwierig, den Mondeinschlagsfluss anhand von Proben und Kraterstrukturen zu kalibrieren. Da in den kommenden Jahren jedoch Monderkundungsmissionen verschiedener Länder weitere Proben und Fernerkundungsdaten zurückbringen werden, werden künftige Forschungen Probenentnahmestellen priorisieren, die älter als 3,92 Milliarden Jahre sind. Dieser Ansatz zielt darauf ab, die Planetenentwicklung und die Orbitaldynamik zu verknüpfen, die frühe Einschlagsgeschichte aufzuklären und das Verständnis des Mondeinschlagsflusses weiter zu verbessern.
Durch die Entwicklung neuer Erkundungsmissionen und Forschungsstrategien werden Fortschritte bei der Kalibrierung des Mondeinschlagsflusses und der Aufklärung früher Meteoriteneinschlagprozesse erwartet.
Die Ergebnisse sind veröffentlicht im Journal Weltraum: Wissenschaft und Technologie.
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Zhiyong Xiao et al, Impact Flux auf dem Mond, Weltraum: Wissenschaft und Technologie (2024). DOI: 10.34133/space.0148
Zur Verfügung gestellt von Beijing Institute of Technology Press Co., Ltd.