Kort nadat het gevormd was, de maan was bedekt met een wereldwijde oceaan van gesmolten gesteente (magma). Terwijl de magma-oceaan afkoelde en stolde, dichte mineralen zonken om de mantellaag te vormen, terwijl minder dichte mineralen dreven om de oppervlaktekorst te vormen. Latere intense bombardementen door massieve asteroïden en kometen sloegen door de korst, stukken mantel uitblazen en ze over het maanoppervlak verspreiden.

Onlangs, een paar NASA-onderzoeken identificeerden de meest waarschijnlijke locaties om stukken mantel op het oppervlak te vinden, het verstrekken van een kaart voor toekomstige maanmonsterretourmissies, zoals die onder het Artemis-programma van NASA. Indien verzameld en geanalyseerd, deze fragmenten van diep in de maan kunnen een beter begrip geven van hoe de maan, de aarde, en vele andere werelden van het zonnestelsel zijn geëvolueerd.

"Dit is de meest actuele evaluatie van de evolutie van het maaninterieur, het synthetiseren van talrijke recente ontwikkelingen om een ​​nieuw beeld te schetsen van de geschiedenis van de mantel en hoe en waar deze op het maanoppervlak is blootgesteld, " zei Daniel Moriarty van NASA's Goddard Space Flight Center, Groene riem, Maryland en de Universiteit van Maryland, Collegepark.

Magma-oceanen evolueren terwijl ze afkoelen en dichte materialen zinken terwijl lichte materialen stijgen. Men denkt dat de vorming van magma-oceanen en hun evolutie veelvoorkomende processen zijn bij rotsachtige planeten en manen in ons hele zonnestelsel en daarbuiten. De maan van de aarde is het meest toegankelijke en goed bewaard gebleven lichaam om deze fundamentele processen te bestuderen.

"Het in meer detail begrijpen van deze processen zal implicaties hebben voor belangrijke vervolgvragen:hoe beïnvloedt deze vroege verwarming de verdeling van water en atmosferische gassen van een planeet? Blijft water hangen, of is het allemaal weggekookt? Wat zijn de implicaties voor de vroege bewoonbaarheid en het ontstaan ​​van het leven?" voegt Moriarty toe, hoofdauteur van de artikelen, gepubliceerd op 3 augustus in Natuurcommunicatie en januari 2021 in de Tijdschrift voor Geofysisch Onderzoek .

Grote rotsachtige objecten zoals planeten, manen, en grote asteroïden kunnen magma-oceanen vormen met de warmte die wordt gegenereerd terwijl ze groeien. Ons zonnestelsel is ontstaan ​​uit een wolk van gas en stof die onder zijn eigen zwaartekracht instortte. Zoals dit gebeurde, stofkorrels sloegen tegen elkaar en plakten aan elkaar, en na verloop van tijd sneeuwde dit proces in grotere en grotere conglomeraten, uiteindelijk vormen asteroïde en planeetgrote lichamen. Deze botsingen veroorzaakten een enorme hoeveelheid warmte. Ook, de bouwstenen van ons zonnestelsel bevatten een verscheidenheid aan radioactieve elementen, die warmte afgeven als ze vergaan. Bij grotere objecten beide processen kunnen voldoende warmte afgeven om magma-oceanen te vormen.

Echter, de details van hoe magma-oceanen evolueren terwijl ze afkoelen en hoe de verschillende mineralen erin kristalliseren, zijn onzeker, die van invloed is op hoe wetenschappers denken dat mantelgesteenten eruit kunnen zien en waar ze aan de oppervlakte te vinden zijn.

"Het komt erop neer dat de evolutie van de maanmantel ingewikkelder is dan oorspronkelijk werd gedacht, " zei Moriarty. "Sommige mineralen die vroeg kristalliseren en zinken zijn minder dicht dan mineralen die later kristalliseren en zinken. Dit leidt tot een onstabiele situatie met licht materiaal aan de onderkant van de mantel dat probeert te stijgen, terwijl zwaarder materiaal dichter bij de bovenkant naar beneden gaat. Dit proces, genaamd 'zwaartekrachtomwenteling, "niet netjes en ordelijk verloopt, maar wordt rommelig, met veel mixen en onverwachte achterblijvers."

Het team beoordeelde de meest recente laboratoriumexperimenten, analyse van maanmonsters, en geofysische en geochemische modellen om hun nieuwe begrip te ontwikkelen van hoe de maanmantel evolueerde terwijl deze afkoelde en stolde. Ze gebruikten dit nieuwe begrip als een lens om recente waarnemingen van het maanoppervlak van NASA's Lunar Prospector en Lunar Reconnaissance Orbiter-ruimtevaartuigen te interpreteren, en NASA's maan Mineralogy Mapper-instrument aan boord van India's Chandrayaan-I-ruimtevaartuig. Het team genereerde een kaart van waarschijnlijke mantellocaties met behulp van maan Mineralogy Mapper-gegevens om de samenstelling en overvloed van mineralen te beoordelen, geïntegreerd met Lunar Prospector-waarnemingen van elementaire abundanties, inclusief markeringen van de laatst overgebleven vloeistof aan het einde van de oceaankristallisatie van magma op de maan, en beeld- en topografiegegevens van Lunar Reconnaissance Orbiter.

Rond 1 600 mijl (ongeveer 2, 600 kilometer) breed, het Zuidpool-Aitken-bekken is de grootste bevestigde impactstructuur op de maan, en wordt daarom geassocieerd met de diepste uitgravingsdiepte van alle maanbekkens, dus het is de meest waarschijnlijke plek om stukken mantel te vinden, volgens de ploeg.

Voor jaren, wetenschappers zijn verbaasd over een radioactieve anomalie in het noordwestelijke kwadrant van de Zuidpool-Aitken Basin aan de achterkant van de maan. De analyse van het team toont aan dat de samenstelling van deze anomalie consistent is met het "slib" dat zich vormt in de bovenste mantel aan het einde van de kristallisatie van de magma-oceaan. Omdat dit slib zeer dicht is, wetenschappers hebben eerder aangenomen dat het vroeg in de maangeschiedenis volledig in de lagere mantel zou moeten zinken.

"Echter, ons meer genuanceerde begrip van recente modellen en experimenten geeft aan dat een deel van dit slib vast komt te zitten in de bovenmantel, en later opgegraven door dit enorme inslagbekken, "zei Moriarty. "Daarom, deze noordwestelijke regio van de Zuidpool-Aitken Basin is de beste locatie om toegang te krijgen tot opgegraven mantelmaterialen die zich momenteel op het maanoppervlak bevinden. interessant, sommige van deze materialen kunnen ook aanwezig zijn rond de voorgestelde landingsplaatsen van Artemis en VIPER rond de zuidpool van de maan."