Ongeveer 4,5 miljard jaar geleden had een protoplaneet ter grootte van Mars, Theia genaamd, een zeer slechte dag. Zijn baan bracht hem op ramkoers met een andere, grotere protoplaneet, en de twee kwamen met zo’n kracht in botsing dat Theia feitelijk werd vernietigd. Eerlijk gezegd deed de tweede protoplaneet het niet veel beter: de kracht van de inslag blies een groot deel van zijn volume de ruimte in. Een deel van dit materiaal regende terug naar de oppervlakte, terwijl de rest zich vermengde met de overblijfselen van Theia en uiteindelijk samensmolt tot één enkele satelliet: onze maan.
Dit scenario vertegenwoordigt ons beste begrip van hoe de maan is ontstaan. Nieuw werk gepubliceerd op 21 augustus Natuur levert nieuw bewijs ter ondersteuning van deze theorie, maar roept ook vragen op over de fijne details van het model dat we hebben gebouwd om de botsing te simuleren. Het werk is gebaseerd op gegevens verzameld door de Chandrayaan-3-missie, waarvan de Pragyan-rover de eerste regolietmonsters verzamelde uit de hoge breedtegraden van de maan.
Zoals Santosh Vadawale, hoofdauteur van het artikel, uitlegt Populaire wetenschapeen belangrijk aspect van de theorie is de ‘maanmagma-oceaanhypothese’. De energie die vrijkomt door de cataclysmische impact ‘zou [have] smolt de buitenste paar honderd kilometer van de maan.” Dit zou betekenen dat de nieuw gevormde maan volledig bedekt was met magma: een mondiale oceaan van magma, zo heet en diep dat het minstens tientallen miljoenen jaren duurde om af te koelen en tot gesteente te stollen.
Als het oppervlak van de maan miljoenen jaren vloeibaar was geweest, zouden we verwachten dat relatief lichte mineralen naar de oppervlakte zouden zijn gedreven, terwijl zwaardere mineralen naar de bodem zouden zijn gezonken. (Denk aan het olie-watermengsel dat zich uiteindelijk scheidt, waarbij de olie drijft en op het water blijft zitten.) Vadawale zegt dat we in geologische termen zouden verwachten dat het oppervlak van de maan voornamelijk bestaat uit mineralen die anorthosieten worden genoemd: ‘Een belangrijke voorspelling van de maanmagma-oceaan is de aanwezigheid van voornamelijk anorthosietkorst.”
Deze voorspelling werd voor het eerst getest door de Apollo-missie, waarvan de monsters onthulden dat het oppervlak van de maan inderdaad grotendeels anorthositisch was. Sindsdien hebben verschillende andere missies monsters genomen van de equatoriale en middelste breedtegraden, maar tot de komst van Chandrayaan-3 bleven gebieden dichter bij de polen onontgonnen.
“Regio’s op hoge breedtegraden… zijn onderhevig aan grotere inslagkraters vanwege hun hogere leeftijd”, legt Vadawale uit. “Dit maakt het een uitdaging om veilige landingszones van voldoende omvang te identificeren, en dat is waarschijnlijk de reden waarom de meeste dit doen [early] de landingen vonden plaats in relatief veilige gebieden van de Mara. Het belang van dichter bij de polen landen is echter al lang bekend, en … het aantal pogingen om op hoge breedtegraden te landen neemt toe.”
Chandrayaan-3 vertegenwoordigt, zegt Vadawale, de eerste volledig succesvolle landing in een dergelijke regio. Het succes ervan leidde tot de inzet van een rover die monsters nam van nabijgelegen grond, waardoor onderzoekers de samenstelling ervan konden onderzoeken en deze konden vergelijken met lager gelegen gebieden. Vadawale zegt dat de samenstelling van het terrein grotendeels was zoals verwacht: “De regoliet in deze regio is overwegend … vergelijkbaar met equatoriale berggebieden. Dit biedt verdere ondersteuning voor de maanmagma-oceaanhypothese.”
Eén verrassing was echter de aanwezigheid van een relatief grote hoeveelheid olivijn, een relatief zwaar mineraal op magnesiumbasis. Vadawale legt uit dat de ontdekking van dit mineraal op zichzelf niet opmerkelijk is: “Terwijl zeer vroege modellen van de LMO een korst suggereerden die gemaakt was van puur anorthosiet, suggereert verdere modelevolutie dat de korst… [contain] sommige mineralen die magnesium en ijzer bevatten [like] olivijn en pyroxeen.” Dergelijke zware mineralen kunnen ook onder het oppervlak worden geslingerd door grote meteoorinslagen – en de landingsplaats van Chandrayaan-3 ligt vlakbij het Zuidpool Aitken Basin, een uitgestrekt bassin dat de grootste, oudste en diepste inslagkrater van de maan is.
Het was dus niet de aanwezigheid van olivijn die onverwacht was; de verrassing was de hoeveelheid olivijn die aanwezig was, en vooral het aandeel olivijn in een ander zwaar mineraal op magnesiumbasis, pyroxeen genaamd. Andere monsters bevatten meer pyroxeen dan olivijn; De door Pragjan genomen monsters bevatten echter meer olivijn dan pyroxeen. Zoals het artikel stelt: “Dit is een nieuwe ontdekking en staat in contrast met andere maanbergbodems (uit opslagplaatsen van geretourneerde monsters en maanmeteorieten).”
Waarom? Niemand weet het nog. Maar het kan heel belangrijk zijn, omdat het het potentieel heeft om modellen van hoe de maan precies is gevormd verder te verfijnen. “De verklaring voor het feit dat olivijn iets hoger is dan pyroxeen”, zegt Vadawale, “is een zeer belangrijke bevinding, omdat het de potentie heeft om verschillende LMO-modellen te beperken.” Hij waarschuwt echter tegen overhaaste conclusies: “Meer concrete details kunnen alleen worden verkregen door verdere modellering.”