August 15, 2022

Kreuznacher Rundschau

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Moon Impact-Driven Convection

Der massive antike Einfluss, der mit den Unterschieden zwischen der nahen und der fernen Seite des Mondes verbunden ist

Eine neue Studie zeigt, dass eine alte Kollision am Südpol des Mondes die Konvektionsmuster im Mondmantel verändert hat und sich auf eine Gruppe wärmeerzeugender Elemente auf der nahen Seite konzentriert. Diese Elemente spielten eine Rolle bei der Bildung des riesigen Mondhufeisens, das von der Erde aus sichtbar ist. Bildnachweis: Matt Jones

Neue Forschungsergebnisse zeigen, wie der Einfluss des Südpol-Aitken-Beckens des Mondes mit dem starken Kontrast in Zusammensetzung und Aussehen zwischen den beiden Seiten des Mondes zusammenhängt.

Das Gesicht, das der Mond der Erde zeigt, sieht ganz anders aus als das, das er auf seiner anderen Seite verbirgt. Die nahe Seite wird von Mondpersern dominiert – den riesigen, dunkel gefärbten Überresten alter Lavaströme. Andererseits ist die mit Kratern gefüllte andere Seite praktisch frei von ausgedehnten Stutenmerkmalen. Der Grund für den großen Unterschied zwischen den beiden Seiten ist eines der beständigsten Geheimnisse des Mondes.

Jetzt haben Forscher eine neue Erklärung für den Mond mit zwei Gesichtern – eine Erklärung, die sich auf einen riesigen Einschlag vor Milliarden von Jahren in der Nähe des Südpols des Mondes bezieht.

Eine neue Studie, die in Science Advances veröffentlicht wurde, zeigt, dass der Aufprall, der das riesige Südpol-Aitken-Becken (SPA) des Mondes formte, eine massive Wärmefahne erzeugt hätte, die sich über das Innere des Mondes ausbreitete. Diese Wolke hätte bestimmte Materialien – eine Kombination aus seltenen Erden und wärmeerzeugenden Elementen – sowie den nahen Mond enthalten. Diese Konzentration von Elementen könnte zu der vulkanischen Aktivität beigetragen haben, die zur Entstehung der nahe gelegenen Vulkanebenen führte.

Mondvorderseite und -fernseite

Ausgedehnte vulkanische Ablagerungen dominieren die vordere Seite des Mondes (links), während die hintere Seite (rechts) viel weniger enthält. Der Grund für den großen Unterschied zwischen den beiden Seiten ist das Geheimnis des ewigen Mondes. Bildnachweis: Brown University

„Wir wissen, dass große Einschläge wie der, der das SPA geformt hat, viel Hitze erzeugen werden“, sagte Matt Jones, Ph.D. Kandidat an der Brown University und Hauptautor der Studie. Die Frage ist, wie diese Temperatur die innere Dynamik des Mondes beeinflusst. Was wir zeigen, ist, dass unter allen vernünftigen Bedingungen zum Zeitpunkt der Bildung des SPA diese wärmeerzeugenden Elemente auf der nahen Seite konzentriert werden. Wir spekulieren, dass dies zum Schmelzen des Mantels beigetragen hat, das zu den Lavaströmen geführt hat, die wir an der Oberfläche sehen. „

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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[{“ attribute=““>NASA’s Jet Propulsion Laboratory.

Moon Impact-Driven Convection Labelled

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.

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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