Ay’ın yakın tarafının yerçekimi gradyan haritasını (mavi altıgen desen) ve ay mantosunun devrilmesinden kaynaklanan iki ilmenit içeren kümülat aşağı yönlü akıntıyı gösteren bir kesiti içeren şematik çizim. Katkıda bulunanlar: Adrien Broquet/Arizona Üniversitesi ve Audrey Lasbordes
Arizona Üniversitesi’nden bilim insanları, ayın “dengesiz” jeolojisini çevreleyen uzun süredir devam eden gizemi çözmek için bilgisayar simülasyonlarını ve uzay aracı verilerini birleştirdi.
Yaklaşık 4,5 milyar yıl önce küçük bir gezegen genç Dünya’ya çarptı ve erimiş kayaları uzaya fırlattı. Enkaz yavaş yavaş birleşti, soğudu ve katılaşarak Ay’ımızı oluşturdu. Dünya’nın Ay’ının nasıl ortaya çıktığına dair bu senaryo, çoğu bilim adamının büyük oranda üzerinde fikir birliğine vardığı senaryodur. Ancak Arizona Üniversitesi Ay ve Gezegen Laboratuvarı’ndaki araştırmacılara göre, bunun tam olarak nasıl gerçekleştiğine dair ayrıntılar “daha çok kendi macera romanına benziyor”. Doğa Jeolojisi. Bulgular, Ay’ın iç kısmının evrimi ve potansiyel olarak Dünya veya Dünya gibi gezegenler hakkında önemli bilgiler sunuyor. Mars.
Apollo Görevleri ve Ay’ın Kompozisyonu
Ay’ın kökeni hakkında bilinenlerin çoğu, Apollo astronotları tarafından 50 yıldan fazla bir süre önce toplanan kaya örneklerinin teorik modellerle birleştirilmiş analizlerinden geliyor. Ay’dan getirilen bazaltik lav kaya örnekleri şaşırtıcı derecede yüksek titanyum konsantrasyonları gösterdi. Daha sonra yapılan uydu gözlemleri, titanyum açısından zengin bu volkanik kayaların öncelikle Ay’ın yakınında bulunduğunu, ancak oraya nasıl ve neden geldikleri şimdiye kadar bir sır olarak kaldı.
50 yıldan fazla bir süre önce Apollo astronotları, şaşırtıcı derecede yüksek titanyum konsantrasyonları içeren bazaltik lav kayalarını aydan geri getirdiler. Daha sonra uydu gözlemleri, titanyum açısından zengin olan bu volkanik kayaların öncelikle Ay’ın yakın tarafında bulunduğunu ortaya çıkardı; ancak oraya nasıl ve neden geldikleri şimdiye kadar bir sır olarak kaldı. Kredi bilgileri: NASA
İç Dinamikler ve Ayın Devrilmesi
Ay hızlı ve sıcak oluştuğu için muhtemelen küresel bir magma okyanusu tarafından kaplanmıştı. Erimiş kaya yavaş yavaş soğuyup katılaştıkça ayın mantosunu ve geceleri dolunaya baktığımızda gördüğümüz parlak kabuğu oluşturdu. Ancak yüzeyin daha derinlerinde, genç ayın dengesi çılgınca bozulmuştu. Modeller, magma okyanusunun son tortularının, titanyum ve demir içeren bir mineral olan ilmenit de dahil olmak üzere yoğun minerallere kristalleştiğini ileri sürüyor.
LPL’deki doktora çalışmasının bir parçası olarak araştırmayı yöneten Weigang Liang, “Bu ağır mineraller alttaki mantodan daha yoğun olduğundan, yerçekimsel bir dengesizlik yaratıyor ve bu katmanın ayın iç kısmının daha derinlerine batmasını beklersiniz” dedi.
Her nasılsa, takip eden bin yılda bu yoğun malzeme iç kısma battı, mantoyla karıştı, eridi ve bugün yüzeyde gördüğümüz titanyum açısından zengin lav akıntıları olarak yüzeye geri döndü.
Titanyum açısından zengin volkanik akıntılarla kaplı karanlık bölgeleri veya “kısrak”ıyla Ay’ın yakın tarafı (ortada), Ay’ın Dünya’dan tanıdık görüntüsünü oluşturuyor (solda). Kısrak bölgesi, iç kısımlara batan yoğun malzemenin kalıntıları olarak yorumlanan doğrusal yerçekimi anormalliklerinden oluşan çokgen bir desenle (sağdaki resimde mavi) çevrelenmiştir. Onların varlığı, 4 milyar yıldan daha uzun bir süre önce küresel mantonun devrilmesinin doğasına ilişkin ilk fiziksel kanıtı sağlıyor. Katkıda bulunanlar: Adrien Broquet/Arizona Üniversitesi
Ortak yazar ve LPL doçenti Jeff Andrews-Hanna, “Ayımız kelimenin tam anlamıyla ters yüz oldu” dedi. “Ancak ay tarihinin bu kritik aşamasındaki olayların kesin sırasına ışık tutacak çok az fiziksel kanıt mevcut ve olup bitenlerin ayrıntılarında da kelimenin tam anlamıyla pek çok anlaşmazlık var.”
Bu madde oluşurken yavaş yavaş mı battı, yoksa Ay tamamen katılaştıktan sonra birden mi battı? Küresel olarak içeriye battı ve sonra yakın tarafa mı yükseldi, yoksa yakın tarafa göç edip sonra battı mı? Büyük bir damla halinde mi yoksa birkaç küçük damla halinde mi battı?
“Kanıt olmadan en sevdiğiniz modeli seçebilirsiniz. LPL’de doktora sonrası araştırma görevlisi olarak görev yaptığı dönemde bu çalışmayı yapan, Berlin’deki Alman Havacılık ve Uzay Merkezi’nden eş-başkan yazar Adrien Broquet, “Her model ayımızın jeolojik evrimi için derin çıkarımlar içeriyor” dedi.
Ay Gizemlerini Araştırmak
Bir öncekinde çalışmakAynı zamanda son makalenin ortak yazarlarından biri olan Pekin’deki Pekin Üniversitesi’nden Nan Zhang liderliğindeki modeller, kabuğun altındaki yoğun titanyum açısından zengin malzeme tabakasının ilk olarak muhtemelen Ay’ın yakın tarafına göç ettiğini öngördü. uzak tarafta dev bir darbe aldı ve ardından tabaka benzeri levhalardan oluşan bir ağ halinde iç kısma gömüldü ve neredeyse şelaleler gibi ayın iç kısmına doğru aktı. Ancak bu malzeme battığında, kabuğun altında yoğun titanyum açısından zengin malzemenin kesişen doğrusal gövdelerinden oluşan geometrik bir desende küçük bir kalıntı bıraktı.
Andrews-Hanna, “Bu model tahminlerini gördüğümüzde, sanki bir ampul yanıyordu” dedi, “çünkü ayın çekim alanındaki ince değişikliklere baktığımızda tam olarak aynı modeli görüyoruz ve aşağıda gizlenen yoğun bir malzeme ağını ortaya çıkarıyoruz” kabuk.”
Yeni çalışmada yazarlar, batan ilmenit bakımından zengin bir katmanın simülasyonlarını, gözlemlenen bir dizi doğrusal yerçekimi anomalisiyle karşılaştırdılar. NASA2011 ve 2012 yılları arasında iki uzay aracı Ay’ın etrafında dönen GRAIL misyonu, yerçekimindeki küçük değişiklikleri ölçtü. Bu doğrusal anomaliler, Ay’ın yakın tarafındaki, mare (Latince “deniz” anlamına gelir) olarak bilinen volkanik akıntılarla kaplı geniş, karanlık bir bölgeyi çevreliyor.
Jeofiziksel Kanıtları ve Modelleri Bağlamak
Yazarlar, GRAIL misyonu tarafından ölçülen yerçekimi imzalarının ilmenit katmanı simülasyonlarıyla tutarlı olduğunu ve yerçekimi alanının, yoğun katmanın çoğunluğunun batmasından sonra kalan ilmenit kalıntılarının dağılımını haritalandırmak için kullanılabileceğini buldu.
Liang, “Analizlerimiz, modellerin ve verilerin son derece tutarlı bir hikaye anlattığını gösteriyor” dedi. “İlmenit malzemeleri yakın tarafa göç etti ve tabaka benzeri çağlayanlar halinde iç kısımlara battı, GRAIL tarafından görüldüğü gibi, arkasında ayın yerçekimi alanında anormalliklere neden olan bir iz bıraktı.”
Ekibin gözlemleri aynı zamanda bu olayın zamanlamasını da kısıtlıyor: Doğrusal yerçekimi anormallikleri, yakın taraftaki en büyük ve en eski çarpışma havzaları tarafından kesintiye uğruyor ve bu nedenle daha erken oluşmuş olmalı. Bu kesişen ilişkilere dayanarak yazarlar, ilmenit bakımından zengin katmanın 4,22 milyar yıl önce battığını öne sürüyorlar; bu da onun, ay yüzeyinde daha sonra görülen volkanizmaya katkıda bulunmasıyla tutarlı.
Ayın çekim alanındaki anormalliklerin, Ay’ın çekim alanındaki anormalliklerin, Ay’ın çekim alanındaki anormalliklerle eşleştiğini göstermek için Liang’la birlikte çalışan Broquet, “Ay’ın çekim alanındaki bu değişimleri analiz etmek, ay yüzeyinin altına bakmamıza ve altında ne olduğunu görmemize olanak sağladı” dedi. Ay’ın devrilmesine ilişkin bilgisayar simülasyon modelleri tarafından tahmin edilen yoğun titanyum açısından zengin malzeme.
Ay’ın Dengesiz Doğasını Ortaya Çıkarmak
Ay’daki yerçekimi anormalliklerinin tespiti, ayın iç kısmında yoğun bir katmanın battığına dair kanıt sağlarken ve bu olayın nasıl ve ne zaman gerçekleştiğine dair daha kesin bir tahmin yapılmasına olanak sağlarken, ayın yüzeyinde gördüklerimiz, Ay’ın iç kısmındaki yoğun katmanın daha da merak uyandırıcı olmasını sağlıyor. Araştırma ekibine göre hikaye.
Andrews-Hanna, “Ay temelde her açıdan dengesizdir” diyerek, Dünya’ya bakan yakın tarafının ve özellikle Oceanus Procellarum bölgesi olarak bilinen karanlık bölgenin yüksekliğinin daha düşük olduğunu, daha ince bir kabuğa sahip olduğunu ve büyük ölçüde kalın kabuklarla kaplı olduğunu açıkladı. lav akar ve titanyum ve toryum gibi tipik olarak nadir elementlerin yüksek konsantrasyonlarına sahiptir. Uzak taraf bu açılardan her birinde farklılık gösterir. Her nasılsa, ay mantosunun devrilmesinin yakın taraftaki Procellarum bölgesinin benzersiz yapısı ve tarihi ile ilgili olduğu düşünülüyor. Ancak bu altüst oluşun ayrıntıları bilim insanları arasında önemli bir tartışma konusu oldu.
Gelecekteki Ay Keşiflerine Yönelik Çıkarımlar
Liang, “Çalışmamız ayın iç yapısına ilişkin jeofizik kanıtlar ile evriminin bilgisayar modelleri arasındaki noktaları birleştiriyor” diye ekledi.
Andrews-Hanna, “İlk defa, evriminin bu kritik aşamasında Ay’ın iç kısmında neler olduğunu gösteren fiziksel kanıtlara sahibiz ve bu gerçekten heyecan verici” dedi. “Ay’ın en eski tarihinin yüzeyin altında yazılı olduğu ortaya çıktı ve bu hikayeyi ortaya çıkarmak için modellerin ve verilerin doğru kombinasyonu yeterli oldu.”
Broquet, “Erken Ay evriminin kalıntıları bugün kabuğun altında mevcut ve bu büyüleyici” dedi. “Sismik ağ gibi gelecekteki görevler, bu yapıların geometrisinin daha iyi araştırılmasına olanak tanıyacaktır.”
Liang şunları ekledi: “Artemis astronotları, insani keşiflerde yeni bir çağ başlatmak için sonunda aya indiğinde, komşumuz hakkında, Apollo astronotlarının ona ilk ayak bastığı zamana göre çok farklı bir anlayışa sahip olacağız.”
Referans: “Yerçekimi verileriyle ortaya çıkan, manto devrilmesini takip eden ay ilmenit katmanının kalıntıları” 8 Nisan 2024, Doğa Jeolojisi.
DOI: 10.1038/s41561-024-01408-2