Καταλαβαίνουμε τώρα γιατί η κοντινή και η μακρινή πλευρά της Σελήνης φαίνονται τόσο δραματικά διαφορετικές;
Η Σελήνη είναι εύκολα το πιο καλά μελετημένο αντικείμενο στο Ηλιακό Σύστημα, (εκτός από τη Γη, φυσικά.) Αλλά εξακολουθεί να κρύβει κάποιους γρίφους για τους επιστήμονες. Γιατί, για παράδειγμα, η μία πλευρά της Σελήνης είναι τόσο διαφορετική από την άλλη;
Η Σελήνη είναι παλιρροιακά κλειδωμένη στη Γη, επομένως πριν από τη διαστημική πτήση, γνωρίζαμε μόνο τη μία πλευρά. Δεν υπήρχε λόγος ότι η πλευρά της Γης θα ήταν διαφορετική από την μακρινή πλευρά. Τώρα όμως ξέρουμε διαφορετικά.
Καθώς ο Διαστημικός Αγώνας θερμαινόταν, η NASA έστειλε μια σειρά από σεληνιακά τροχιακά για να ελέγξουν τη Σελήνη πριν από τις αποστολές Απόλλων. Τα Lunar Orbiter 1 έως 5 στάλθηκαν στη Σελήνη το 1966 και το 1967. Η κύρια εστίαση των τροχιακών ήταν στις θέσεις προσγείωσης, αλλά το Lunar Orbiter 4 φωτογράφισε το 95% των μακρινή πλευρά της Σελήνης .
Μία από τις πολλές εικόνες της μακρινής πλευράς της Σελήνης που τραβήχτηκε το 1967 από το Lunar Orbiter 4 της NASA. Δείτε όλους τους κρατήρες! Πίστωση εικόνας:
Τώρα φυσικά έχουμε χαρτογραφήσει ολόκληρη την επιφάνεια της Σελήνης και έχουμε συγκεντρώσει όλα τα είδη επιστημονικών δεδομένων για τον φυσικό μας δορυφόρο επίσης. Στείλαμε αστροναύτες εκεί και φέραμε πίσω εκατοντάδες κιλά του σεληνιακού ρεγολίθου για μελέτη εδώ στη Γη. Και η NASA σχεδιάζει μια επιστροφή στη Σελήνη στο εγγύς μέλλον.
Αλλά το αινιγματικό ερώτημα παραμένει: γιατί η μία πλευρά έχει τόσο κρατήρα και η μία όχι; Γιατί η κοντινή πλευρά είναι τόσο πιο ομαλή, και κυριαρχείται από τεράστιες βασαλτικές, ηφαιστειακές πεδιάδες; Γιατί αυτή η αρχαία ηφαιστειακή δραστηριότητα περιοριζόταν ως επί το πλείστον στη μία πλευρά, την πλευρά που βλέπει τη Γη;
Η κοντινή πλευρά της Σελήνης (αριστερά) και η μακρινή πλευρά της Σελήνης (δεξιά.) Η κοντινή πλευρά περιέχει το 97% των σκοτεινών ηφαιστειακών πεδιάδων, ενώ η μακρινή πλευρά είναι πολύ πιο κρατήρας; Πίστωση εικόνας: NASA
Η κορυφαία θεωρία για το σχηματισμό της Σελήνης είναι η υπόθεση γιγαντιαίας πρόσκρουσης . Αυτή η θεωρία υποδηλώνει ότι ένα μεγάλο πλανητικό σώμα περίπου στο μέγεθος του Άρη, που ονομάζεται Theia, χτύπησε τη Γη. Η σύγκρουση έστειλε μια τεράστια ποσότητα λιωμένου υλικού σε τροχιά γύρω από τη Γη, η οποία τελικά συνενώθηκε στη Σελήνη.
Μια νέα μελέτη εξέτασε την ανισότητα μεταξύ των δύο πλευρών της Σελήνης. Ο τίτλος του είναι ' Η πρώιμη οικοδόμηση του φλοιού ενισχύθηκε στην πλησίον της Σελήνης από την κατάθλιψη του σημείου τήξης του μανδύα .» Δημοσιεύεται στο περιοδικό Nature Geoscience και ο κύριος συγγραφέας είναι ο Stephen Elardo, Επίκουρος Καθηγητής Γεωλογίας στο Πανεπιστήμιο της Φλόριντα.
Όταν συνέβη η πρόσκρουση Theia, και η Σελήνη συγχωνεύθηκε από τα συντρίμμια, η Σελήνη δεν ήταν αρκετά μεγάλη για να συνεχίσει την ηφαιστειακή δραστηριότητα για όσο διάστημα έκανε η Γη. Η Σελήνη ήταν πολύ μικρότερη και ψύχθηκε πιο γρήγορα. Ωστόσο, για κάποιο λόγο, η ηφαιστειακή δραστηριότητα διήρκεσε πολύ περισσότερο στην κοντινή πλευρά παρά στην μακρινή πλευρά. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με τους κόκκους, αφού ένα σώμα αναμένεται να κρυώσει με τον ίδιο ρυθμό συνολικά.
Η μελέτη επικεντρώνεται σε μια παράξενη γεωχημική ανωμαλία στη Σελήνη. Η κοντινή πλευρά περιέχει μια περιοχή που ονομάζεται το Stormy Terrane . Αυτή η περιοχή περιέχει μεγάλο αριθμό συγκεκριμένων στοιχείων. Το KREEP σημαίνει K (το ατομικό σύμβολο για το κάλιο), REE (στοιχεία σπανίων γαιών) και P (το ατομικό σύμβολο για τον φώσφορο). Το terrane KREEP περιέχει επίσης τα στοιχεία θόριο και ουράνιο, τα οποία διασπώνται ραδιενεργά και παράγουν θερμότητα.
Κατανομή θορίου στη σεληνιακή επιφάνεια από το Lunar Prospector αποστολή. Το θόριο συσχετίζεται σε μεγάλο βαθμό με άλλα ραδιενεργά στοιχεία (που παράγει θερμότητα), με το μεγαλύτερο μέρος του να είναι παρόν στην πλευρά που βλέπει τη Γη (κοντινή πλευρά). Η σχέση μεταξύ αυτής της περιοχής και πολλών παρατηρούμενων χαρακτηριστικών της σεληνιακής ιστορίας είναι ένα βασικό ερώτημα στις σεληνιακές επιστήμες. Credits: Laneuville, M. et al (2013) Journal of Geophysical Research: Planets.
Οι συγγραφείς αυτής της μελέτης ήθελαν να ανακαλύψουν εάν η παρουσία του KREEP θα μπορούσε να δημιουργήσει τις προϋποθέσεις για πιο διαρκή ηφαιστειακή δραστηριότητα. Το KREEP θα μπορούσε να μειώσει το σημείο τήξης του μανδύα και η παρουσία των ραδιενεργών στοιχείων θα μπορούσε να επιδεινώσει το αποτέλεσμα, δημιουργώντας αρκετή θερμότητα για να τροφοδοτήσει την ηφαιστειακή δραστηριότητα στην περιοχή πολύ μετά την ψύξη της υπόλοιπης Σελήνης.
Η ομάδα των ερευνητών δημιούργησε έναν αναλογικό βράχο που είχε τις ίδιες ιδιότητες, που ονομάζεται βράχος Mg-suite. Δημιούργησαν έξι εκδόσεις αυτού του αναλόγου, μία με μηδενικό περιεχόμενο KREEP και μία με 5%, 10%, 15%, 25% και 50% KREEP και τα σχετικά ραδιενεργά στοιχεία. Στη συνέχεια υπέβαλαν τα δείγματα σε υψηλές θερμοκρασίες.
Η μελέτη έδειξε ότι οι ασυμμετρίες σύνθεσης μεταξύ της κοντινής και της μακρινής πλευράς της Σελήνης είχαν επίδραση νωρίς στη ζωή της Σελήνης. Οι συγγραφείς έγραψαν, «Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι οι ασυμμετρίες σύνθεσης του ημισφαιρίου στη Σελήνη άρχισαν να έχουν δραματική επίδραση στην παραγωγή μάγματος αμέσως μετά τη σεληνιακή διαφοροποίηση».
Αυτό το σχήμα από τη μελέτη δείχνει τις επιδράσεις του KREEP στο ανάλογο. Τα αποτελέσματα πειραμάτων σε υψηλές θερμοκρασίες δείχνουν ότι η προσθήκη του KREEP σε ένα αναλογικό βράχο πηγής σουίτας Mg μειώνει δραματικά τη θερμοκρασία τήξης του. Κάθε γραμμή είναι μια ισόθερμη που δείχνει την ποσότητα τήγματος που υπάρχει σε μια δεδομένη θερμοκρασία ως συνάρτηση του κλάσματος του KREEP κατά βάρος στο αρχικό μείγμα. Με απλά λόγια, όσο περισσότερο KREEP υπάρχει, τόσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία τήξης. Πίστωση εικόνας: Elardo et al, 2020.
Δεν πρόκειται για μικρή ανωμαλία, και όπως έγραψαν, η επίδρασή του ήταν δραματική. «Η μεγάλη συγκέντρωση στοιχείων που παράγουν θερμότητα στην κοντινή πλευρά της Σελήνης όχι μόνο είχε τη δυνατότητα να λειτουργήσει ως πηγή θερμότητας για την τήξη, αλλά επίσης μείωσε τις θερμοκρασίες τήξης στη διεπιφάνεια φλοιού-μανδύα με τρόπο που θα μπορούσε να είχε παραγάγει ~4-13 φορές περισσότερο μάγματα που δημιουργούν κρούστα απ' ό,τι θα συνέβαιναν στην άκρη».
Προηγούμενη έρευνα υποτίθεται ότι έδειξε ότι «ο μαγματισμός δημιουργίας κρούστας που ακολούθησε αμέσως το LMO ήταν ένα γεγονός σε όλη τη Σελήνη», όπως γράφουν οι συγγραφείς. Αλλά αυτά τα αποτελέσματα αποτελούν πρόκληση για αυτό το συμπέρασμα. Τα περισσότερα μοντέλα LMO βλέπουν τους πλανήτες σε αυτό το στάδιο της εξέλιξης ως ομοιογενείς σφαίρες από καλά αναμεμειγμένα υλικά. Αυτά τα μοντέλα δεν λαμβάνουν υπόψη το KREEP με τον ίδιο τρόπο όπως αυτό το έργο.
Οι συντάκτες της εργασίας γράφουν «Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι ο ανώμαλος εμπλουτισμός σε ασύμβατα στοιχεία αυτής της γειτονικής δεξαμενής μειώνει δραματικά τη θερμοκρασία τήξης του πετρώματος πηγής για αυτά τα μάγματα και μπορεί να είχε ως αποτέλεσμα 4 έως 13 φορές περισσότερη παραγωγή μάγματος κάτω από τον κοντινό φλοιό. ακόμη και χωρίς καμία συμβολή από τη ραδιενέργεια».
Αυτό το σχήμα από τη μελέτη δείχνει πώς η ραδιενεργή αποσύνθεση του Καλίου, του Θορίου και του Ουρανίου εμπόδισε το έδαφος Procellarum KREEP να κρυώσει τόσο γρήγορα όσο και το υπόλοιπο της Σελήνης, παρατείνοντας την ηφαιστειακή δραστηριότητα στην περιοχή. Ο ?Ταυξάνεται με την αύξηση του περιεχομένου KREEP λόγω της ραδιογενούς θερμότητας που παράγεται από τη διάσπαση των K, Th και U. Πίστωση εικόνας: Elardo et al, 2020.
Όταν πρόσθεσαν την επίδραση της θέρμανσης από την πυρηνική αποσύνθεση, η υπόθεση έγινε πιο δυνατή. «Από τη θερμική αριθμητική μοντελοποίηση, δείχνουμε ότι οι ραδιογονικές θερμαντικές ενώσεις προκαλούν αυτό το αποτέλεσμα και μπορεί να έχουν οδηγήσει σε μια ασύμμετρη συγκέντρωση του φλοιού του ωκεανού μετά το μάγμα στη σεληνιακή πλευρά», πρόσθεσε.
«Τα ευρήματά μας υποδηλώνουν ότι η γειτονική γεωχημική ανωμαλία έχει επηρεάσει τη θερμική και μαγματική εξέλιξη της Σελήνης σε ολόκληρη την ιστορία της μετά τη διαφοροποίηση», έγραψαν.
Δεδομένου ότι η Γη και η Σελήνη είναι άρρηκτα συνδεδεμένα, αυτά τα αποτελέσματα μπορεί να καταλήξουν να μας πουν κάτι και για τη Γη.
Πιστεύεται ότι πριν από 4,4 δισεκατομμύρια χρόνια, ένα ουράνιο σώμα (Θεία) χτύπησε τη Γη και παρήγαγε τη Σελήνη. Πίστωση εικόνας: NASA/JPL-Caltech
Σε ένα δελτίο τύπου , ο συν-συγγραφέας της μελέτης Matthieu Laneuville σχολίασε, «Λόγω της σχετικής έλλειψης διαδικασιών διάβρωσης, η επιφάνεια της Σελήνης καταγράφει γεωλογικά γεγονότα από την πρώιμη ιστορία του Ηλιακού Συστήματος. Συγκεκριμένα, περιοχές στην κοντινή πλευρά της Σελήνης έχουν συγκεντρώσεις ραδιενεργών στοιχείων όπως το U και το Th σε αντίθεση με οπουδήποτε αλλού στη Σελήνη. Η κατανόηση της προέλευσης αυτών των τοπικών εμπλουτισμών U και Th μπορεί να βοηθήσει στην εξήγηση των πρώιμων σταδίων του σχηματισμού της Σελήνης και, κατά συνέπεια, των συνθηκών στην πρώιμη Γη».
Περισσότερο:
- Δελτίο τύπου: Οι επιστήμονες δίνουν νέα εξήγηση για την μακρινή πλευρά της παράξενης ασυμμετρίας της Σελήνης
- Ερευνητική εργασία: Η πρώιμη οικοδόμηση του φλοιού ενισχύθηκε στην πλησίον της Σελήνης από την κατάθλιψη του σημείου τήξης του μανδύα
- Σύμπαν σήμερα: Η Σελήνη είναι παλαιότερη από όσο νόμιζαν οι επιστήμονες