Ongeveer 4,4 miljard jaar geleden leek het vroege zonnestelsel op een spel van ruimterots-trefbal, terwijl massieve asteroïden en kometen, en later kleinere rotsen en galactisch puin de maan en andere jonge aardse lichamen beukten. Deze periode eindigde ongeveer 3,8 miljard jaar geleden. Op de maan liet deze tumultueuze tijd een zwaar bekraterd gezicht en een gebarsten en poreuze korst achter.

Nu hebben MIT-wetenschappers ontdekt dat de porositeit van de maankorst, die ver onder het oppervlak reikt, veel kan onthullen over de geschiedenis van het bombardement van de maan.

In een studie die verschijnt in Nature Geoscience , heeft het team door middel van simulaties aangetoond dat de maan in het begin van de bombardementsperiode zeer poreus was - bijna een derde zo poreus als puimsteen. Deze hoge porositeit was waarschijnlijk het gevolg van vroege, enorme inslagen die een groot deel van de korst verbrijzelden.

Wetenschappers gingen ervan uit dat een continue aanval van inslagen langzaam de porositeit zou opbouwen. Maar verrassend genoeg ontdekte het team dat bijna alle porositeit van de maan zich snel vormde met deze enorme inslagen, en dat de aanhoudende aanval door kleinere impactoren het oppervlak ervan feitelijk verdichtte. Deze latere, kleinere inslagen werkten in plaats daarvan om enkele van de bestaande scheuren en breuken van de maan samen te persen en te verdichten.

Op basis van hun simulaties schatten de onderzoekers ook dat de maan het dubbele aantal inslagen heeft ondergaan zoals op het oppervlak te zien is. Deze schatting is lager dan wat anderen hebben aangenomen.

"Eerdere schattingen schatten dat aantal veel hoger, maar liefst 10 keer de effecten die we aan de oppervlakte zien, en we voorspellen dat er minder effecten waren", zegt co-auteur Jason Soderblom, een onderzoekswetenschapper in het MIT's Department of Earth , Atmosferische en Planetaire Wetenschappen (EAPS). "Dat is van belang, want dat beperkt het totale materiaal dat impactoren zoals asteroïden en kometen naar de maan en terrestrische lichamen hebben gebracht, en geeft beperkingen aan de vorming en evolutie van planeten in het hele zonnestelsel."

De hoofdauteur van de studie is EAPS-postdoc Ya Huei Huang, samen met medewerkers van Purdue University en Auburn University.

Een poreuze plaat

In de nieuwe studie van het team probeerden de onderzoekers de veranderende porositeit van de maan te traceren en die veranderingen onder het oppervlak te gebruiken om het aantal inslagen op het oppervlak te schatten.

"We weten dat de maan zo werd gebombardeerd dat wat we aan de oppervlakte zien, niet langer een verslag is van elke impact die de maan ooit heeft gehad, omdat op een gegeven moment eerdere inslagen eerdere inslagen uitwisten", zegt Soderblom. "Wat we ontdekken is dat de manier waarop de inslagen de porositeit in de korst veroorzaakten niet vernietigd wordt, en dat kan ons een betere beperking geven van het totale aantal inslagen waaraan de maan werd blootgesteld."

Om de evolutie van de porositeit van de maan te traceren, keek het team naar metingen van NASA's Gravity Recovery and Interior Laboratory, of GRAIL, een door MIT ontworpen missie die twee ruimtevaartuigen rond de maan lanceerde om de zwaartekracht van het oppervlak nauwkeurig in kaart te brengen.

Onderzoekers hebben de zwaartekrachtkaarten van de missie omgezet in gedetailleerde kaarten van de dichtheid van de onderliggende korst van de maan. Op basis van deze dichtheidskaarten hebben wetenschappers ook de huidige porositeit in de hele maankorst in kaart kunnen brengen. Deze kaarten laten zien dat regio's rond de jongste kraters zeer poreus zijn, terwijl minder poreuze regio's oudere kraters omringen.

Kraterchronologie

In hun nieuwe studie probeerden Huang, Soderblom en hun collega's te simuleren hoe de porositeit van de maan veranderde toen deze werd gebombardeerd met eerst grote en vervolgens kleinere inslagen. Ze namen in hun simulatie de leeftijd, grootte en locatie van de 77 grootste kraters op het maanoppervlak op, samen met van GRAIL afgeleide schattingen van de huidige porositeit van elke krater. De simulatie omvat alle bekende bassins, van de oudste tot de jongste inslagbassins op de maan, met een leeftijd tussen 4,3 miljard en 3,8 miljard jaar oud.

Voor hun simulaties gebruikte het team de jongste kraters met de hoogste huidige porositeit als uitgangspunt om de initiële porositeit van de maan in de vroege stadia van het zware maanbombardement weer te geven. Ze redeneerden dat oudere kraters die zich in de vroege stadia vormden, zeer poreus zouden zijn begonnen, maar in de loop van de tijd zouden zijn blootgesteld aan verdere inslagen die hun aanvankelijke porositeit verdichtten en verminderden. Daarentegen zouden jongere kraters, hoewel ze later werden gevormd, minder of geen latere inslagen hebben ervaren. Hun onderliggende porositeit zou dan meer representatief zijn voor de oorspronkelijke omstandigheden van de maan.

"We gebruiken het jongste bassin dat we op de maan hebben, dat niet al te veel impact heeft gehad, en gebruiken dat als een manier om te beginnen als beginvoorwaarden", legt Huang uit. "Vervolgens gebruiken we een vergelijking om het aantal inslagen af ​​te stemmen dat nodig is om van die aanvankelijke porositeit naar de meer compacte, huidige porositeit van de oudste bassins te komen."

Het team bestudeerde de 77 kraters in chronologische volgorde, op basis van hun eerder bepaalde leeftijden. Voor elke krater heeft het team de hoeveelheid gemodelleerd waarmee de onderliggende porositeit veranderde in vergelijking met de initiële porositeit die wordt weergegeven door de jongste krater. Ze gingen ervan uit dat een grotere verandering in porositeit geassocieerd was met een groter aantal inslagen, en gebruikten deze correlatie om het aantal inslagen te schatten dat de huidige porositeit van elke krater zou hebben gegenereerd.

Deze simulaties lieten een duidelijke trend zien:aan het begin van het zware maanbombardement, 4,3 miljard jaar geleden, was de korst zeer poreus - ongeveer 20 procent (ter vergelijking:de porositeit van puimsteen is ongeveer 60 tot 80 procent). Dichter bij 3,8 miljard jaar geleden werd de korst minder poreus en blijft op de huidige porositeit van ongeveer 10 procent.

Deze verschuiving in porositeit is waarschijnlijk het gevolg van kleinere impactoren die een gebroken korst verdichten. Afgaande op deze porositeitsverschuiving, schatten de onderzoekers dat de maan ongeveer het dubbele aantal kleine inslagen heeft ondergaan zoals vandaag op het oppervlak te zien is.

"Dit stelt een bovengrens aan de impactsnelheden in het hele zonnestelsel", zegt Soderblom. "We hebben nu ook een nieuwe waardering voor hoe de impact de porositeit van terrestrische lichamen bepaalt." + Verder verkennen

Maankorst zo gebroken als maar kan