Pouco depois de formado, a lua estava coberta por um oceano global de rocha derretida (magma). À medida que o oceano de magma esfriava e se solidificava, minerais densos afundaram para formar a camada do manto, enquanto minerais menos densos flutuaram para formar a crosta superficial. Posteriormente, o intenso bombardeio por asteróides e cometas massivos perfurou a crosta, explodindo pedaços de manto e espalhando-os pela superfície lunar.

Recentemente, um par de estudos da NASA identificou os locais mais prováveis ​​para encontrar pedaços de manto na superfície, fornecer um mapa para futuras missões lunares de retorno, como as do programa Artemis da NASA. Se coletado e analisado, esses fragmentos das profundezas da lua podem fornecer uma melhor compreensão de como a lua, a Terra, e muitos outros mundos do sistema solar evoluíram.

"Esta é a avaliação mais atualizada da evolução do interior lunar, sintetizando vários desenvolvimentos recentes para pintar um novo quadro da história do manto e como e onde ele pode ter sido exposto na superfície lunar, "disse Daniel Moriarty do Goddard Space Flight Center da NASA, Cinto Verde, Maryland e a Universidade de Maryland, College Park.

Os oceanos de magma evoluem à medida que esfriam e os materiais densos afundam enquanto os materiais leves sobem. A formação de oceanos de magma e sua evolução são considerados processos comuns entre planetas rochosos e luas em todo o nosso sistema solar e além. A lua da Terra é o corpo mais acessível e bem preservado para estudar esses processos fundamentais.

"Compreender esses processos em mais detalhes terá implicações para importantes questões de acompanhamento:como esse aquecimento precoce afeta a distribuição de água e gases atmosféricos de um planeta? A água gruda, ou está tudo fervido? Quais são as implicações para a habitabilidade precoce e a gênese da vida? "Acrescenta Moriarty, autor principal dos artigos, publicado em 3 de agosto em Nature Communications e janeiro de 2021 no Journal of Geophysical Research .

Grandes objetos rochosos, como planetas, luas, e grandes asteróides podem formar oceanos de magma com o calor gerado à medida que crescem. Nosso sistema solar se formou a partir de uma nuvem de gás e poeira que entrou em colapso sob sua própria gravidade. Como isso aconteceu, grãos de poeira colidiram uns com os outros e grudaram, e com o tempo esse processo se transformou em conglomerados cada vez maiores, eventualmente formando asteróides e corpos do tamanho de planetas. Essas colisões geraram uma quantidade enorme de calor. Também, os blocos de construção de nosso sistema solar continham uma variedade de elementos radioativos, que liberava calor à medida que se decompunha. Em objetos maiores, ambos os processos podem liberar calor suficiente para formar oceanos de magma.

Contudo, os detalhes de como os oceanos de magma evoluem à medida que esfriam e como os vários minerais neles se cristalizam são incertos, o que afeta como os cientistas pensam que as rochas do manto podem ser e onde elas podem ser encontradas na superfície.

"O ponto principal é que a evolução do manto lunar é mais complicada do que se pensava originalmente, "disse Moriarty." Alguns minerais que cristalizam e afundam cedo são menos densos do que os minerais que cristalizam e afundam mais tarde. Isso leva a uma situação instável com o material leve próximo à parte inferior do manto tentando subir enquanto o material mais pesado próximo ao topo desce. Este processo, chamado de 'reviravolta gravitacional, "não procede de uma forma limpa e ordenada, mas fica confuso, com muita mistura e retardatários inesperados deixados para trás. "

A equipe revisou os experimentos de laboratório mais recentes, análise de amostra lunar, e modelos geofísicos e geoquímicos para desenvolver sua nova compreensão de como o manto lunar evoluiu à medida que esfriava e se solidificava. Eles usaram esse novo entendimento como uma lente para interpretar as observações recentes da superfície lunar da nave Lunar Prospector e da nave Lunar Reconnaissance Orbiter da NASA. e o instrumento Moon Mineralogy Mapper da NASA a bordo da espaçonave Chandrayaan-I da Índia. A equipe gerou um mapa de locais prováveis ​​do manto usando dados do Mapeador de Mineralogia da Lua para avaliar a composição e abundância dos minerais, integrado com observações do Lunar Prospector de abundâncias elementares, incluindo marcadores do último líquido remanescente no final da cristalização do oceano de magma lunar, e dados de imagens e topografia do Lunar Reconnaissance Orbiter.

Por volta de 1, 600 milhas (cerca de 2, 600 quilômetros) de diâmetro, a bacia do Pólo Sul-Aitken é a maior estrutura de impacto confirmada na lua, e, portanto, está associado à maior profundidade de escavação de todas as bacias lunares, então é o lugar mais provável para encontrar pedaços de manto, de acordo com a equipe.

Por anos, os cientistas ficaram intrigados com uma anomalia radioativa no quadrante noroeste do Pólo Sul - a Bacia de Aitken, no lado lunar. A análise da equipe demonstra que a composição desta anomalia é consistente com a "lama" que se forma no manto superior no final da cristalização do oceano de magma. Porque essa lama é muito densa, os cientistas já haviam assumido que deveria afundar completamente no manto inferior no início da história lunar.

"Contudo, nossa compreensão mais matizada de modelos e experimentos recentes indica que parte dessa lama fica presa no manto superior, e mais tarde escavado por esta vasta bacia de impacto, "disse Moriarty." Portanto, esta região noroeste do Pólo Sul — Bacia de Aitken é o melhor local para acessar materiais de manto escavados atualmente na superfície lunar. Interessantemente, alguns desses materiais também podem estar presentes em torno dos locais de pouso propostos para Artemis e VIPER em torno do Pólo Sul lunar. "