Kolossaler uralter Einschlag im Zusammenhang mit den Unterschieden zwischen der nahen und der fernen Seite des Mondes

Eine neue Studie zeigt, dass eine alte Kollision am Südpol des Mondes die Konvektionsmuster im Mondmantel veränderte und eine Reihe von wärmeerzeugenden Elementen auf der nahen Seite konzentrierte. Diese Elemente spielten eine Rolle bei der Entstehung der riesigen Mondstute, die von der Erde aus sichtbar ist. Bildnachweis: Matt Jones

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

Das Gesicht, das der Mond der Erde zeigt, unterscheidet sich sehr von dem, das er auf seiner verborgenen Seite verbirgt. Die nahe Seite wird vom Moonmare dominiert – den riesigen, dunkel gefärbten Überresten alter Lavaströme. Der Krater auf der anderen Seite 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 zweiseitigen Mond – eine, die sich auf einen riesigen Einschlag vor Milliarden von Jahren in der Nähe des Südpols des Mondes bezieht.

Eine neue Studie, die in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht wurde, zeigt, dass der Aufprall, der das riesige South Pole-Aitken (SPA)-Becken des Mondes bildete, eine riesige Hitzefahne erzeugt hätte, die sich im Mondinneren ausbreitete. Diese Wolke hätte etwas Material – eine Reihe von seltenen Erden und wärmeerzeugenden Elementen – auf die nahe Seite des Mondes transportiert. Diese Konzentration von Elementen hätte zum Vulkanismus beigetragen, der die nahe gelegenen Vulkanebenen geschaffen hat.

Die vordere Seite des Mondes (links) wird von ausgedehnten vulkanischen Ablagerungen dominiert, während die hintere Seite (rechts) weit weniger hat). Warum die beiden Seiten so unterschiedlich sind, ist ein anhaltendes Mondgeheimnis. Bildnachweis: Brown University

„Wir wissen, dass große Einschläge wie der, der SPA gebildet hat, viel Hitze erzeugen würden“, sagte Matt Jones, Doktorand an der Brown University und Hauptautor der Studie. „Die Frage ist, wie sich diese Hitze auf die innere Dynamik des Mondes auswirkt. Was wir zeigen, ist, dass unter allen plausiblen Bedingungen zum Zeitpunkt der Bildung von SPA diese wärmeerzeugenden Elemente schließlich auf der nahen Seite konzentriert werden. Wir gehen davon aus, dass dies zum Schmelzen des Mantels beigetragen hat, der die Lavaströme erzeugte, die wir an der Oberfläche sehen.

Die Studie war eine Zusammenarbeit zwischen Jones und seinem Berater Alexander Evans, einem Assistenzprofessor bei Brown, sowie Forschern der Purdue University, des Lunar and Planetary Science Laboratory in Arizona, der Stanford University und[{“ attribute=““>NASA’s Jet Propulsion Laboratory.

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.

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