Cientistas resolvem um mistério de longa data em torno da geologia desequilibrada da lua

Ilustração esquemática com um mapa de gradiente de gravidade (padrão hexagonal azul) do lado próximo lunar e uma seção transversal mostrando duas ressurgências acumuladas contendo ilmenita da reviravolta do manto lunar. Crédito:Adrien Broquet/Universidade do Arizona e Audrey Lasbordes

Há cerca de 4,5 mil milhões de anos, um pequeno planeta colidiu com a jovem Terra, atirando rocha derretida para o espaço. Lentamente, os detritos coalesceram, esfriaram e solidificaram, formando a nossa lua. Este cenário de como surgiu a Lua da Terra é amplamente aceito pela maioria dos cientistas. Mas os detalhes de como exatamente isso aconteceu são "mais como um romance de escolha sua própria aventura", de acordo com pesquisadores do Laboratório Lunar e Planetário da Universidade do Arizona, que publicaram um artigo na Nature Geoscience. .

As descobertas oferecem informações importantes sobre a evolução do interior lunar e, potencialmente, de planetas como a Terra ou Marte.

A maior parte do que se sabe sobre a origem da Lua vem de análises de amostras de rochas, coletadas pelos astronautas da Apollo há mais de 50 anos, combinadas com modelos teóricos. As amostras de rochas de lava basáltica trazidas da Lua mostraram concentrações surpreendentemente altas de titânio. Observações posteriores por satélite descobriram que estas rochas vulcânicas ricas em titânio estão localizadas principalmente no lado mais próximo da Lua, mas como e porquê chegaram lá permaneceu um mistério – até agora.

Como a lua se formou rápida e quente, provavelmente foi coberta por um oceano global de magma. À medida que a rocha derretida arrefeceu e solidificou gradualmente, formou o manto lunar e a crosta brilhante que vemos quando olhamos para a lua cheia à noite. Mas mais abaixo da superfície, a jovem lua estava totalmente fora de equilíbrio. Os modelos sugerem que os últimos resíduos do oceano de magma cristalizaram-se em minerais densos, incluindo a ilmenita, um mineral que contém titânio e ferro.

"Como estes minerais pesados são mais densos do que o manto subjacente, cria-se uma instabilidade gravitacional, e seria de esperar que esta camada afundasse mais profundamente no interior da Lua," disse Weigang Liang, que liderou a investigação como parte do seu trabalho de doutoramento na LPL.

De alguma forma, nos milénios que se seguiram, esse material denso afundou-se no interior, misturou-se com o manto, derreteu e regressou à superfície como fluxos de lava ricos em titânio que vemos hoje na superfície.

“Nossa lua literalmente virou do avesso”, disse o coautor e professor associado da LPL, Jeff Andrews-Hanna. "Mas há poucas evidências físicas que possam esclarecer a sequência exata de eventos durante esta fase crítica da história lunar, e há muita discordância nos detalhes do que aconteceu - literalmente."

Será que este material afundou à medida que se formava, um pouco de cada vez, ou todo de uma vez depois de a lua ter solidificado completamente? Afundou globalmente no interior e depois subiu no lado próximo, ou migrou para o lado próximo e depois afundou? Afundou em uma bolha grande ou em várias bolhas menores?

O lado lunar próximo com suas regiões escuras, ou "égua", cobertas por fluxos vulcânicos ricos em titânio (centro) constitui a visão familiar da Lua vista da Terra (esquerda). A região do mar é cercada por um padrão poligonal de anomalias gravitacionais lineares (azul na imagem à direita) interpretadas como vestígios de material denso que afundou no interior. A sua presença fornece a primeira evidência física da natureza da reviravolta do manto global há mais de 4 mil milhões de anos. Crédito:Adrien Broquet/Universidade do Arizona

"Sem evidências, você pode escolher seu modelo favorito. Cada modelo tem implicações profundas para a evolução geológica da nossa lua", disse o co-autor Adrien Broquet, do Centro Aeroespacial Alemão em Berlim, que realizou o trabalho durante seu período de pós-doutorado. pesquisador associado da LPL.

Num estudo anterior, liderado por Nan Zhang, da Universidade de Pequim, em Pequim, que também é coautor do artigo mais recente, os modelos previram que a densa camada de material rico em titânio abaixo da crosta migrou primeiro para o lado mais próximo da lua. , possivelmente desencadeada por um impacto gigante no outro lado, e depois afundou no interior numa rede de lajes em forma de lâmina, caindo em cascata no interior lunar quase como cascatas. Mas quando esse material afundou, deixou para trás um pequeno remanescente num padrão geométrico de corpos lineares que se cruzam de material denso rico em titânio abaixo da crosta.

“Quando vimos essas previsões do modelo, foi como se uma lâmpada se acendesse”, disse Andrews-Hanna, “porque vemos exactamente o mesmo padrão quando olhamos para variações subtis no campo gravitacional da Lua, revelando uma rede de material denso escondido abaixo. a crosta."

No novo estudo, os autores compararam simulações de uma camada rica em ilmenite a afundar-se com um conjunto de anomalias gravitacionais lineares detectadas pela missão GRAIL da NASA, cujas duas sondas orbitaram a Lua entre 2011 e 2012, medindo pequenas variações na sua atracção gravitacional. Essas anomalias lineares cercam uma vasta região escura do lado lunar próximo, coberta por fluxos vulcânicos conhecidos como mare (latim para “mar”).

Os autores descobriram que as assinaturas gravitacionais medidas pela missão GRAIL são consistentes com as simulações da camada de ilmenita, e que o campo gravitacional pode ser usado para mapear a distribuição dos remanescentes de ilmenita deixados após o afundamento da maior parte da camada densa.

“Nossas análises mostram que os modelos e dados contam uma história notavelmente consistente”, disse Liang. "Os materiais de ilmenita migraram para o lado mais próximo e afundaram no interior em cascatas semelhantes a lâminas, deixando para trás um vestígio que causa anomalias no campo gravitacional da Lua, como visto pelo GRAIL."

As observações da equipa também restringem o momento deste evento:as anomalias de gravidade linear são interrompidas pelas maiores e mais antigas bacias de impacto no lado próximo e, portanto, devem ter-se formado mais cedo. Com base nestas relações transversais, os autores sugerem que a camada rica em ilmenite afundou antes de 4,22 mil milhões de anos atrás, o que é consistente com o facto de ter contribuído para o vulcanismo posterior observado na superfície lunar.

"A análise destas variações no campo gravitacional da Lua permitiu-nos espreitar sob a superfície da Lua e ver o que existe por baixo," disse Broquet, que trabalhou com Liang para mostrar que as anomalias no campo gravitacional da Lua correspondem ao que seria esperado para as zonas de gravidade da Lua. material denso rico em titânio previsto por modelos de simulação de computador de reviravolta lunar.

Há mais de 50 anos, os astronautas da Apollo trouxeram rochas de lava basáltica da Lua com concentrações surpreendentemente altas de titânio. Mais tarde, observações de satélite descobriram que estas rochas vulcânicas ricas em titânio estão localizadas principalmente no lado mais próximo da Lua - mas como e porquê chegaram lá permaneceu um mistério - até agora. Crédito:NASA

Lua torta

Embora a detecção de anomalias gravitacionais lunares forneça evidências do afundamento de uma camada densa no interior da Lua e permita uma estimativa mais precisa de como e quando esse evento ocorreu, o que vemos na superfície da Lua acrescenta ainda mais intriga ao história, de acordo com a equipe de pesquisa.

"A Lua é fundamentalmente torta em todos os aspectos", disse Andrews-Hanna, explicando que o lado mais próximo voltado para a Terra, e particularmente a região escura conhecida como região de Oceanus Procellarum, tem altitude mais baixa, tem uma crosta mais fina e é amplamente coberta por fluxos de lava e tem altas concentrações de elementos tipicamente raros, como titânio e tório.

O outro lado difere em cada um desses aspectos. De alguma forma, acredita-se que a reviravolta do manto lunar esteja relacionada à estrutura e história únicas da região próxima de Procellarum. Mas os detalhes dessa reviravolta têm sido motivo de debate considerável entre os cientistas.

“Nosso trabalho conecta os pontos entre as evidências geofísicas da estrutura interior da Lua e os modelos computacionais de sua evolução”, acrescentou Liang.

"Pela primeira vez temos evidências físicas que nos mostram o que estava acontecendo no interior da Lua durante esta fase crítica da sua evolução, e isso é realmente emocionante", disse Andrews-Hanna. "Acontece que a história mais antiga da Lua está escrita abaixo da superfície, e foi necessária a combinação certa de modelos e dados para desvendar essa história."

“Os vestígios da evolução lunar inicial estão presentes abaixo da crosta hoje, o que é fascinante”, disse Broquet. “Futuras missões, como uma rede sísmica, permitiriam uma melhor investigação da geometria destas estruturas”.

Liang acrescentou:“Quando os astronautas Artemis eventualmente pousarem na Lua para iniciar uma nova era de exploração humana, teremos uma compreensão muito diferente do nosso vizinho do que tínhamos quando os astronautas da Apollo pisaram nele pela primeira vez”.

Mais informações: Adrien Broquet, Vestígios de uma camada de ilmenita lunar após a reviravolta do manto revelada por dados gravitacionais, Nature Geoscience (2024). DOI:10.1038/s41561-024-01408-2. www.nature.com/articles/s41561-024-01408-2
Informações do diário: Geociências da Natureza

Fornecido pela Universidade do Arizona

Voo Delta Eclipse:foi assim que foi

Astrônomos descobrem a Cefeida clássica de período mais longo em nossa galáxia

Astronomia