Gegevens van India's recente Chandrayaan-3 missie ondersteunen het idee dat een oceaan van gesmolten gesteente ooit de maan bedekte. Wetenschappers van de Indiase onbemande ruimtemissie hebben hun nieuwe bevindingen gepubliceerd in het tijdschrift Nature. Op 23 augustus 2023 landde de lander Vikram met succes op het maanoppervlak. Vluchtleiders gebruikten vervolgens de Pragyan-rover, die samen met de Vikram naar het maanoppervlak werd gebracht, om de landingsplaats uitgebreid te verkennen.
De plek waar Vikram landde lag zuidelijker dan waar ooit eerder een landingsvaartuig op de maan was geweest. Het gaf wetenschappers inzicht in de geologie van de maan die nog niet eerder was bemonsterd. Pragyans metingen wezen uit dat de specifieke mix van chemische elementen in de maanbodem (of regoliet) rondom de lander relatief uniform was. Deze regoliet bestond voornamelijk uit een witte steensoort genaamd ferroan anorthosiet. De wetenschappers zeggen dat de chemische samenstelling van de regoliet van de zuidpool van de maan het midden houdt tussen die van monsters van twee plaatsen in het equatoriale gebied van de maan: monsters die zijn verzameld door astronauten op de Amerikaanse Apollo 16-vlucht in 1972 en monsters die naar de aarde zijn teruggebracht door de robotmissie Luna-20, die in hetzelfde jaar door de Sovjet-Unie werd gevlogen.
De grote overeenkomst in de chemische samenstelling van al deze bodemstalen, ondanks het feit dat ze afkomstig zijn van zeer afgelegen geografische locaties op de maan, ondersteunt het idee dat één enkele magma-oceaan de maan vroeg in zijn geschiedenis bedekte. Men denkt dat de maan is ontstaan toen een planeet ter grootte van Mars in botsing kwam met de aarde, waarbij gesteente werd uitgestoten dat vervolgens samensmolt tot de enige satelliet van onze planeet. De magma-oceaan van de maan zou vanaf het ontstaan tot tientallen of honderden miljoenen jaren daarna aanwezig zijn geweest. De afkoeling en kristallisatie van deze magma-oceaan leidde uiteindelijk tot de ijzerhoudende anorthosiet-rotsen waaruit de maankorst bestaat.
Orbitale metingen
Geologisch gezien wordt gedacht dat de maanhooglanden gedeeltelijk de oude maankorst vertegenwoordigen. Chandrayaan-3, Apollo 16 en Luna 20 landden allemaal in hooglandgebieden, waardoor vergelijkingen mogelijk waren. Dit bood de mogelijkheid om de voorspellingen te testen van de theorie dat de maan bedekt was met een wereldwijde oceaan van vloeibaar gesteente - bekend als het maan magma oceaan (LMO) model. De auteurs benadrukken hoe hun metingen de uniformiteit aantonen in de samenstelling van het maanoppervlak over enkele tientallen meters waar de rover opereerde. “Metingen zoals deze zijn cruciaal voor het interpreteren van waarnemingen van ruimtevaartuigen. De auteurs vergeleken deze resultaten bijvoorbeeld met gegevens van twee eerdere Indiase maanmissies, Chandrayaan-1 en -2, die beide het maanoppervlak vanuit een baan om de maan hebben gemeten.
De consistentie tussen deze eerdere metingen van het ruimteschip en die van de Pragyan-rover geeft nieuw vertrouwen aan de orbitale datasets. De baangegevens suggereren dat het maanoppervlak in dit gebied uniform is in zijn chemische samenstelling over een gebied van enkele kilometers. Deze metingen zijn ook van onschatbare waarde bij het interpreteren van maanmeteorieten. Dit zijn gesteentemonsters die vanaf het maanoppervlak de ruimte in worden geslingerd wanneer een ruimterots op de maan botst. Deze rotsfragmenten kunnen later in de atmosfeer van de aarde terechtkomen en sommige raken zelfs de grond. Dit zijn fantastische monsters, omdat de willekeurige aard waarin ze uit verschillende delen van de maan worden geworpen betekent dat we monsters krijgen uit gebieden die niet door eerdere missies zijn bezocht. Maar juist door deze willekeurige manier van bemonsteren is het moeilijk om te weten waar op de maan ze vandaan komen, waardoor we ze niet in hun juiste context kunnen plaatsen. De metingen van de Pragyan rover helpen ons dus om een beeld te krijgen van hoe verschillende gebieden op de maan eruit zien en hoe onze meteorietmonsters zich daartoe verhouden.
Voorkant en achterkant
Het model van de maanmagma-oceaan ontstond na de terugkeer van monsters van de Apollo 11-missie. Die missie landde in een gebied dat werd gedomineerd door donker basaltgesteente (denk aan het spul dat wordt geproduceerd door vulkanen in IJsland of Hawaï). Onderzoekers merkten destijds echter op dat de Apollo 11 bodems ook fragmenten van wit gesteente bevatten, rijk aan het mineraal anorthiet, dat de naam ferroan anorthosiet kreeg. Deze waarneming leidde tot de suggestie dat het witte gesteente kleine fragmenten van de oorspronkelijke, oude maankorst voorstelde. Toen de magma-oceaan afkoelde, zonken dichtere mineralen zoals olivijn en pyroxeen naar een diepere laag die de mantel werd genoemd, terwijl het ferroan anorthosiet, dat minder dicht was dan het omringende magma, naar boven dreef om de eerste korst van de maan te vormen. Sinds de oorspronkelijke maan magma oceaan modellen werden voorgesteld, zijn er verschillende suggesties gedaan om extra complexiteiten te verklaren over maan bodemstalen en geologische waarnemingen van de maan meer in het algemeen, bijvoorbeeld het feit dat de maan nearside korst veel dunner lijkt te zijn dan die van de farside.
Ook is het onduidelijk waarom de nabijgelegen kant zoveel meer vulkanische activiteit heeft gekend, waardoor deze wordt gedomineerd door uitgestrekte vlaktes van donker basaltgesteente, terwijl de perifere kant meer uit ijzerhoudend anorthosiet lijkt te bestaan. In een poging om deze problemen aan te pakken, hebben onderzoekers gedetailleerde modellen ontwikkeld om te verklaren hoe de maankorst is gevormd en later is veranderd door vulkaanuitbarstingen en inslagkraters. Sommige modellen voorspelden meerdere lagen in de maankorst, met ijzerhoudende anorthosiet aan de bovenkant en meer magnesiumrijke gesteenten eronder. Het is interessant dat de samenstelling die in dit onderzoek is gemeten, niet overeenkomt met wat men zou verwachten van de ongerepte ferroïsche anorthosiet waarvan men denkt dat deze de oude maankorsten heeft gevormd. In plaats daarvan bevat het meer magnesium.
Deze waarneming wijst op een hogere concentratie van bepaalde mineralen in de maankorst dan werd gesuggereerd door de oorspronkelijke modellen van de maanmagmaoceaan. De auteurs suggereren dat hun metingen een gemengde samenstelling weergeven van het ferroan anorthosietgesteente waaruit de oude maankorst bestaat, samen met materiaal uit de onderliggende lagen magnesiumrijker gesteente. Deze verschillende materiaallagen zouden gemengd zijn door het afgraven van materiaal tijdens inslagkraters op de maan. In het bijzonder zou de landingsplaats van Chandrayaan-3 waarschijnlijk bedekt zijn geweest met ongeveer 1,5-2 km uitgestoten gesteente van het zogenaamde “Zuidpool-Aitken” inslagbekken - een depressie in het oppervlak met een diameter van 2500 km waarvan wordt aangenomen dat deze is ontstaan door een kolossale inslag vroeg in de geschiedenis van de maan. Latere inslagen zouden dit materiaal verder hebben gemengd en verspreid, wat resulteerde in de chemische signatuur die de Chandrayaan-3-missie in dit onderzoek heeft gemeten.
Bron: Joshua Snape/The Conversation/Space.com
