Der Mond war einst von einem Ozean aus geschmolzenem Gestein bedeckt, wie Daten einer indischen Weltraummission zeigen

Die von der indischen Mission Chandrayaan-3 gesammelten Daten stützen die Hypothese, dass einst ein Ozean aus geschmolzenem Gestein den Mond bedeckte. Missionswissenschaftler veröffentlichten ihre neuen Erkenntnisse in der Zeitschrift Nature.

Am 23. August 2023 landete ein Lander namens Vikram erfolgreich auf der Mondoberfläche. Die Fluglotsen setzten dann einen Rover namens Pragyan ein, der an Vikram angedockt war, um den Landeplatz zu erkunden.

Der Ort, an dem Vikram landete, lag weiter südlich als alle anderen Landungsschiffe bisher auf dem Mond. Dies verschaffte den Wissenschaftlern Einblicke in die Geologie des Mondes, die noch nicht erprobt worden waren.

Die Messungen von Pragyan ergaben, dass die besondere Mischung chemischer Elemente im Mondboden (oder Regolith), der den Lander umgibt, relativ gleichmäßig war. Dieser Regolith bestand hauptsächlich aus einem weißen Gestein namens Eisenanorthosit.

Wissenschaftler sagen, dass die chemische Zusammensetzung des Regoliths des Mondsüdpols zwischen der von Proben von zwei Orten in der Äquatorregion des Mondes liegt: denen, die 1972 von den Astronauten des amerikanischen Apollo-16-Fluges gesammelt wurden, und denen, die dorthin zurückgebracht wurden Erde durch die Robotermission Luna-20, die im selben Jahr von der Sowjetunion gestartet wurde.

Die große Ähnlichkeit in der chemischen Zusammensetzung all dieser Proben, trotz der Tatsache, dass sie von sehr weit entfernten geografischen Orten auf dem Mond stammen, stützt die Idee, dass ein einziger Magma-Ozean den Mond zu Beginn seiner Geschichte bedeckte.

Es wird angenommen, dass der Mond entstanden ist, als ein marsgroßer Planet mit der Erde kollidierte und Gesteinsbrocken ausschleuderte, die dann zusammenklumpten und den einzigen Satelliten unseres Planeten bildeten. Es wird angenommen, dass der Mondmagma-Ozean von seiner Entstehung bis Dutzende oder Hunderte Millionen Jahre später vorhanden war.

Die Abkühlung und Kristallisation dieses Magmaozeans führte schließlich zu den eisenhaltigen Anorthositgesteinen, aus denen die Mondkruste besteht.

Orbitale Messungen

Geologisch gesehen wird angenommen, dass das Mondhochland einen Teil der alten Mondkruste darstellt. Chandrayaan-3, Apollo 16 und Luna 20 landeten alle in Bergregionen, was Vergleiche zulässt. Dies bot daher die Gelegenheit, Vorhersagen der Theorie zu testen, dass der Mond von einem globalen Ozean aus flüssigem Gestein bedeckt war, dem sogenannten Lunar Magma Ocean (LMO)-Modell.

Die Autoren heben hervor, wie ihre Messungen die Gleichmäßigkeit der Zusammensetzung der Mondoberfläche über mehrere Dutzend Meter zeigen, auf denen der Rover unterwegs war.

„Ground Truth“-Messungen wie diese sind entscheidend für die Interpretation von Beobachtungen, die von umlaufenden Raumfahrzeugen gemacht werden. Beispielsweise verglichen die Autoren diese Ergebnisse mit Daten von zwei früheren indischen Mondmissionen, Chandrayaan-1 und -2, die beide die Mondoberfläche aus der Umlaufbahn vermessen hatten.

Die Übereinstimmung zwischen diesen früheren Messungen und denen des Rovers Pragyan verleiht den Orbitaldaten neues Vertrauen. Orbitaldaten deuten darauf hin, dass die Mondoberfläche in dieser Region über eine Fläche von mehreren Kilometern in ihrer chemischen Zusammensetzung einheitlich ist.

Diese Messungen sind auch für die Interpretation von Mondmeteoriten sehr nützlich. Hierbei handelt es sich um Gesteinsproben, die von der Mondoberfläche in den Weltraum geschleudert werden, wenn ein Weltraumgestein mit dem Mond kollidiert.

Diese Gesteinsfragmente könnten dann in die Erdatmosphäre gelangen und teilweise sogar den Boden berühren. Diese Proben sind fantastisch, denn aufgrund der zufälligen Natur ihrer Emission aus verschiedenen Teilen des Mondes erhalten wir Proben aus Gebieten, die von früheren Missionen nicht besucht wurden.

Allerdings ist es gerade aufgrund dieser Zufallsstichprobenmethode schwierig zu wissen, woher sie auf dem Mond kommen, was uns daran hindert, sie in einen Zusammenhang zu bringen. Die Messungen des Pragyan-Rover helfen uns also, eine Vorstellung davon zu bekommen, wie verschiedene Regionen des Mondes aussehen und wie sich unsere Meteoritenproben vergleichen.

Gesicht nach oben und Gesicht nach unten

Das Mondmagma-Ozeanmodell wurde nach Probenrückgaben der Apollo-11-Mission entwickelt. Diese Mission landete in einem Gebiet, das von dunklen Basaltgesteinen dominiert wird (denken Sie an solche, die von Vulkanen auf Island oder Hawaii erzeugt wurden). Damals stellten die Forscher jedoch fest, dass die Böden von Apollo 11 auch Fragmente weißen Gesteins enthielten, die reich an Anorthit waren, einem Mineral, das den Namen Eisenanorthosit erhielt.

Diese Beobachtung führte zu der Hypothese, dass das weiße Gestein winzige Fragmente der ursprünglichen, alten Mondkruste darstellte. Als sich der Magma-Ozean abkühlte, sanken dichtere Mineralien wie Olivin und Pyroxen und bildeten eine tiefere Schicht, den sogenannten Mantel, während eisenhaltiges Anorthosit, das weniger dicht als das umgebende Magma war, auftrieb und die erste Mondkruste bildete.

Seit die ursprünglichen Modelle der Mondmagma-Ozeane vorgeschlagen wurden, wurden verschiedene Vorschläge gemacht, um zusätzliche Komplexitäten in Bezug auf Mondproben und geologische Beobachtungen des Mondes im Allgemeinen zu erklären, zum Beispiel die Tatsache, dass die Mondkruste die sichtbare Seite des Mondes zu sein scheint viel dünner sein als die der anderen Seite.

Ebenso ist unklar, warum auf der gegenüberliegenden Seite eine viel größere vulkanische Aktivität stattgefunden hat, was dazu führt, dass sie von ausgedehnten Ebenen aus dunklem Basaltgestein dominiert wird, während die gegenüberliegende Seite eher aus Anorthosit besteht.

Um diese Probleme zu lösen, haben Forscher detaillierte Modelle entwickelt, um zu erklären, wie sich die Mondkruste bildete und anschließend durch Vulkanausbrüche und Einschlagskrater verändert wurde. Einige Modelle haben mehrere Schichten der Mondkruste vorhergesagt, mit eisenhaltigem Anorthosit-Gestein oben und mehr Magnesium-reichem Gestein unten.

Interessanterweise entspricht die in dieser Studie gemessene Zusammensetzung nicht dem, was man von dem intakten Eisenanorthosit erwarten würde, aus dem frühere Mondkrusten bestanden hätten. Im Gegenteil, es enthält mehr Magnesium.

Diese Beobachtung weist auf eine höhere Konzentration bestimmter Mineralien in der Mondkruste hin, als die ursprünglichen Modelle des Mondmagmaozeans vermuten ließen. Die Autoren vermuten, dass ihre Messungen eine gemischte Zusammensetzung des eisenhaltigen Anorthosit-Gesteins, aus dem die alte Mondkruste besteht, sowie Material aus darunter liegenden Schichten von Magnesium-reicheren Gesteinen darstellen könnten.

Diese verschiedenen Materialschichten wären durch den Materialaushub beim Einschlag auf dem Mond vermischt worden. Insbesondere der Landeplatz von Chandrayaan-3 wäre wahrscheinlich von etwa 1,5 bis 2 Kilometern Gestein bedeckt gewesen, das aus dem sogenannten „Südpol-Aitken“-Einschlagsbecken ausgeworfen wurde – einer vermutlich entstandenen Vertiefung mit einem Durchmesser von 2.500 Kilometern an der Oberfläche durch ein kolossales Einschlagereignis zu Beginn der Mondgeschichte.

Nachfolgende Einschlagskraterereignisse hätten dieses Material weiter vermischt und verteilt, was zu der Art chemischer Signatur geführt hätte, die von der Chandrayaan-3-Mission in dieser Studie gemessen wurde.

Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.