Begin januari begon China het nieuwe jaar spectaculair, met de eerste landing van een ruimtevaartuig op de achterkant van de maan. En nu hebben de resultaten van die missie mogelijk nog iets opzienbarend opgeleverd: de eerste sporen van materiaal uit de maanmantel dat beschikbaar is voor wetenschappelijk onderzoek.
De Yutu-2, de rover die door de lander Chang’e-4 op de maan werd neergezet, maakte gebruik van weerkaatste straling om de mineralen op de landingsplek te analyseren, in de krater Von Kármán. Daarbij nam de rover gesteentelagen waar met een hoog gehalte aan twee soorten mineralen die niet kenmerkend zijn voor de maankorst. De auteurs van het nieuwe onderzoek – dat vorige week in het tijdschrift Nature werd gepubliceerd – stellen dat deze mineralen waarschijnlijk afkomstig zijn uit de buitenmantel van de maan.
Als de bevindingen worden bevestigd, zou dit mantelgesteente onderzoekers een baanbrekend inkijkje in de interne samenstelling van de maan kunnen bieden en misschien tot de oplossing van enkele aloude mysteries rond de oorsprong en evolutie van de maan kunnen leiden.
“Als dit inderdaad een stukje van de mantel is, dan is dat heel cool,” zegt Sara Russell, professor in de planetologie aan het Natural History Museum in Londen.
Veel van wat we over de maan weten – van haar oorsprong tot haar huidige eigenschappen – is te danken aan de maanstenen die door de astronauten van de Apollo-missies mee terug naar de aarde werden gebracht. Maar die missies landden allemaal op de zichtbare zijde van de maan, en hoewel de meegebrachte maanstenen van onschatbare waarde zijn, vertellen ze slechts een heel klein deel van het verhaal omdat het om een zeer beperkt aantal monsters van het maanoppervlak gaat. De mantel van de maan is een vaste laag gesteente die direct onder de maankorst ligt en oorspronkelijk veel heter was en zich meer als stopverf gedroeg. Deze laag is nog altijd een raadsel, en wetenschappers kijken al decennia uit naar monsters van dit gesteente.
Een authentiek stuk steen van de buitenmantel van de maan zou een langverwacht en “baanbrekend puzzelstukje” zijn, zegt Russell. Maar sommige onderzoekers hebben twijfels geuit over het feit dat er zo vroeg in het onderzoek al conclusies zijn getrokken.
“Dit is een spannende stap voorwaarts,” zegt Clive Neal, expert in de geologie van de maan aan de University of Notre Dame, maar alternatieve verklaringen moeten worden onderzocht voordat hij een definitieve conclusie kan accepteren.
Graven in het verleden
De Chang’e-4-missie is ongetwijfeld uniek. Alle eerdere succesvolle maanlandingen, van de VS en de Sovjet-Unie, vonden plaats op de zichtbare zijde van de maan, deels vanwege logistieke problemen bij een landing op de achterzijde.
China is nu het eerste en enige land met een rover die de achterkant van de maan verkent. De landingsplaats in de krater Von Kármán ligt in het midden van het reusachtige Zuidpool-Aitken-bekken, een oeroude inslagkrater met een doorsnede van 2500 kilometer die tot de grootste van het hele zonnestelsel behoort. Daardoor is het ook een goede plek om te speuren naar mantelgesteente en het is een van de redenen waarom de China National Space Administration deze landingsplek heeft uitgezocht.
“Uit numerieke modellen van die mega-inslag komt naar voren dat het inslaglichaam dwars door de maankorst moet zijn gedrongen en materiaal uit de eronder gelegen buitenmantel moet hebben opgeworpen,” zegt Bill Bottke, planetoloog aan het Southwest Research Institute in San Antionio, Texas.
“Als je waar dan ook mantelmateriaal wilt aantreffen, dan is het Zuidpool-Aitken-bekken de beste plek om het te proberen,” zegt Russell.
Wetenschappers vermoeden dat de maan in haar vroegste fase door een oceaan van magma werd bedekt. Toen het maanoppervlak geleidelijk aan afkoelde en stolde, bleven dichtere mineralen in de diepten van deze kolkende oceaan achter terwijl minder dichte mineralen naar de oppervlakte dreven. Daardoor zijn de gesteentelagen die uiteindelijk de maanmantel en -korst zouden vormen, in hun geochemische samenstelling duidelijk van elkaar te onderscheiden.
Op zijn rondreis door de krater Von Kármán stuitte de rover Yutu-2 op materiaal dat volgens zijn spectrometer tenminste twee mineralen leek te bevatten: pyroxeen met een laag calciumgehalte en olivijn. Deze mineralen passen goed bij de samenstelling van de buitenmantel van de maan zoals die in modellen is gesimuleerd.
De onderzoekers denken dat mantelmateriaal zich tijdens de vorming van het bekken over het hele maanoppervlak heeft verspreid. Later werd bij een veel minder krachtige inslag de kleinere krater Finsen gevormd, en het team vermoedt dat daarbij het eerder uitgegraven materiaal richting de naburige Von Kármán-krater werd geslingerd.
Twee werelden
Als het genomen monster inderdaad van de buitenmantel afkomstig is, zullen de onderzoekers uit de samenstelling ervan niet alleen de ontwikkeling van het magma en de temperatuur van de maan kunnen aflezen, zegt Chunlai Li van de Chinese Academie van Wetenschappen en hoofdauteur van de nieuwe studie. Ook de vroegste geschiedenis van de aarde is voor een deel vastgelegd in materiaal uit het binnenste van de maan.
Volgens de hypothese die door de meeste experts wordt aangehangen, ontstond de maan toen een enorme protoplaneet op de nog jonge aarde botste, waardoor een enorme hoeveelheid bouwstenen van de aarde in een baan om onze planeet terechtkwam. Een groot deel van de vroegste geologische geschiedenis van de aarde is uitgewist door de werking van de platentektoniek, maar er bestaat een goede kans dat sporen van dat verleden zijn vastgelegd in de diepere lagen van de minder zelfdestructieve maan.
Het team kan niet met zekerheid zeggen of de spectrometer per abuis mantelmateriaal heeft waargenomen. Volgens Bin Liu, onderzoeker aan de Chinese Academie van Wetenschappen en medeauteur van het nieuwe onderzoek, zal de missie nog meer spectrale gegevens moeten verzamelen om uitsluitsel te kunnen geven over deze voorlopige interpretatie.
Bottke is voorstander van het idee dat het materiaal uit de vroege buitenmantel afkomstig is, maar ook hij denkt dat andere mogelijkheden nog niet kunnen worden uitgesloten. Een mogelijke alternatieve verklaring is volgens hem dat het gaat om materiaal dat tijdens de oorspronkelijke reuzeninslag in het bekken is gestold. Ook kan het om gestolde lava gaan die al eerder in de Von Kármán-krater is aangetoond, zegt Neal.
Ook Daniel Moriarty, expert in de geologie van de maan bij het Goddard Space Flight Center van de NASA, houdt een slag om de arm. Hij wijst erop dat de met een spectrometer uitgeruste Japanse orbiter Kaguya binnen de Von Kármán-krater en naburige kraters vulkanisch glas heeft waargenomen. Voor een spectrometer kan olivijn heel erg op vulkanisch glas lijken, wat betekent dat de Yutu-2ook dat materiaal kan hebben gevonden, in plaats van mantelmateriaal.
Ook is er volgens hem nog heel weinig bewijs voor de aanwezigheid van olivijn in de krater Finsen, waar het mantelmateriaal dat in de Von Kármán-krater is aangetroffen oorspronkelijk vandaan moet zijn gekomen. Hij denkt dat het veel waarschijnlijker is dat het materiaal dat door Yutu-2 is onderzocht, afkomstig is van een verse krater in het midden van de Von Kármán-krater.
'Grote stap' voor robots
Neal en Russell vinden beiden dat het onderzoek laat zien dat er nog meer missies naar de maan nodig zijn om monsters van maangesteente mee terug naar de aarde te kunnen brengen, waar ze in een laboratorium kunnen worden geanalyseerd. Gelukkig is China daar al mee bezig. Tijdens de komende Chang’e-5-missie wil het land op de zichtbare zijde van de maan landen en daarvandaan maanstenen terug naar de aarde brengen. En tijdens de Chang’e-6-missie zou hetzelfde gedaan moeten worden met monsters van de lunaire zuidpool.
Totdat het zover is, zullen wetenschappers waarschijnlijk blijven debatteren over de vraag of de Chang’e-4 inderdaad mantelmateriaal heeft gevonden. Waar ze het wél over eens zijn, is dat het nieuwe maanonderzoek niets minder dan een staaltje van pionierswerk is.
“Hoewel ik tamelijk sceptisch ben over sommige interpretaties van hun metingen, is het feit dat ze deze metingen überhaupt hebben kunnen doen volgens mij een ongelooflijke prestatie,” zegt Moriarty. “Het heeft zeker een belangrijke bijdrage geleverd aan het wetenschappelijk onderzoek en de verkenning van de maan.”
Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com
