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La luna es un gran bicho raro en el cielo, y es posible que los científicos hayan descubierto parte de la razón.

Su superficie es químicamente asimétrica, y nueva evidencia sugiere que esto se debe a que el manto de la Luna se volteó cuando la Luna era sólo joven. Lo que estaba encima del satélite de la Tierra pasó debajo; lo que había debajo salió a la luz.

Los científicos lunares han estado pensando sobre el cambio del manto lunar durante décadas. Ahora tenemos nueva evidencia que lo respalda. Dirigido por los científicos planetarios Weigang Liang y Adrien Broquet de la Universidad de Arizona, un equipo de investigadores ha descubierto que el mapa de gravedad de la Luna se ajusta mejor a este modelo de vuelco del manto.

En una serie de simulaciones, el equipo demostró cómo las anomalías gravitacionales en la cara visible de la Luna son consistentes con la presencia y ubicación de rocas densas que contienen minerales densos que se han conservado desde los primeros días de la Luna.

«Esta interpretación está respaldada por la convincente similitud entre el patrón observado, la magnitud y las dimensiones de las anomalías gravitacionales y las predichas por los modelos geodinámicos de los restos acumulados que contienen ilmenita». los investigadores escriben en su periódico.

Además, los investigadores fecharon con precisión el momento en que se produjo este vuelco: hace unos 4.220 millones de años, poco después de que la Luna se formara a partir de un trozo de tierra que se rompió durante una colisión violenta a comienzos de la historia del Sistema Solar.

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Una de las cosas más peculiares de la Luna tiene que ver con su superficie. En la cara visible de la Luna hay una región que se describe mejor como «geoquímicamente extraño«. Conocido como KREEP Terrane, es rico en metales específicos e inesperados: potasio, elementos de tierras raras y fósforo.

El KREEP Terrane también se superpone con el lunar. María – grandes llanuras basálticas que son resultado de la actividad volcánica. Este basalto es rico en un mineral llamado ilmenita. Compuesta predominantemente de titanio y hierro, la ilmenita es bastante densa como la roca que la contiene.

Esto es desconcertante porque las rocas debajo son menos densas. Según la densidad, se esperaría que los acumulados que contienen ilmenita, o IBC, se hubieran hundido en la Luna y que las rocas menos densas hubieran subido a la superficie.

Tanto el KREEP Terrane como los IBC pueden explicarse por procesos geodinámicos poco después de la Luna formada. Mientras todavía hacía calor y había humedad, la Luna probablemente estaba cubierta por una océano de magma fundido eso enfriado para formar la corteza y el manto.

En este escenario, cuando el magma llega al final de su proceso de enfriamiento y cristalización, se forman minerales densos como la ilmenita en una capa entre la corteza y el manto, y los elementos KREEP se concentran en un depósito líquido.

Cambios en el interior lunar, con el IBC mostrado en verde, y la anomalía térmica producida por el impacto gigante en marrón. (Adrien Broquet, LPL/Nan Zhang, PKU)

Se espera que estos densos minerales se hundan hacia el núcleo lunar. Pero sin modelar los procesos físicos que tuvieron lugar dentro de la Luna mientras se formaba, los científicos no podían estar seguros de lo que sucedió.

También es posible que después de este hundimiento inicial, los IBC se calentaran y se elevaran nuevamente, volcando el manto en el proceso. Esto explicaría tanto el KREEP Terrane como los basaltos ricos en titanio que arrojaron a la superficie a través del vulcanismo.

En este escenario, ambos conjuntos de elementos deberían haber terminado distribuidos más o menos uniformemente sobre el manto lunar, pero esto no es lo que los científicos han encontrado.

Una explicación tiene que ver con la Cuenca del Polo Sur-Aitken en la cara oculta de la Luna, un impacto colosal que dejó un cráter que cubre más de una cuarta parte de la superficie de la Luna.

Este impacto produjo un punto de acceso que podría haber visto la migración de KREEP y la ilmenita lejos del lugar del impacto, concentrándola en el lado cercano de la Luna. Debido a que está debajo de la superficie, realmente no podemos verlo; pero los investigadores se dieron cuenta de que dicha migración debería haber dejado firmas gravitacionales distintas.

Un ejemplo de uno de los patrones de gravedad producidos en el modelado del equipo. (Liang y Broquet et al., Nat. Geociencias., 2024)

Los investigadores construyeron modelos del vuelco lunar de materiales ricos en ilmenita para observar los patrones de gravedad generados por las concentraciones de IBC debajo de la corteza lunar.

Sus resultados produjeron un patrón poligonal distinto de anomalías de gravedad lineal. Compararon esto con los datos recopilados por el Laboratorio Interior y de Recuperación de Gravedad de la NASA (GRIAL) orbitadores, un par de naves espaciales que pasaron más de un año en el espacio mapeando la gravedad de la superficie de la Luna.

Los patrones producidos por el modelo de vuelco del manto lunar coincidieron con las observaciones recopiladas por GRAIL. El modelo también reveló cuánto tiempo tarda el patrón en evolucionar, lo que limita el momento del cambio a hace al menos 4.220 millones de años.

«Las anomalías de gravedad confirman la predicción de que el hundimiento final de estos materiales densos tomó la forma de hundimientos en forma de láminas y que estas características pueden preservarse a lo largo de la historia geológica, al tiempo que limitan el momento del vuelco». los investigadores escriben.

«Por lo tanto, el campo de gravedad lunar preserva un registro crítico del vuelco del manto lunar que se ha postulado ampliamente como uno de los eventos definitorios en la historia lunar temprana, pero cuyos detalles hasta ahora permanecen desconocidos».

Los hallazgos han sido publicados en Naturaleza Geociencia.