Onderzoekers hebben op de achterzijde van de maan iets reusachtigs onder het oppervlak waargenomen: een mysterieuze bel van dicht gesteente met een totale massa die vijfmaal zo groot is als die van het Hawaïaanse Big Island.
De geologische structuur, die wordt beschreven in een recent onderzoek dat in het tijdschrift Geophysical Research Letters is verschenen, ligt zo’n 290 kilometer ten zuiden van het Zuidpool-Aitken-bekken, een kolossale krater die miljarden jaren geleden in het maanoppervlak werd geslagen. Het aanvankelijk nog gesmolten maanoppervlak was destijds net genoeg afgekoeld en gestold om het voor meteorieten mogelijk te maken een blijvend litteken in het gesteente achter te laten.
Het team ontdekte de uitzonderlijke massa door gegevens van de NASA-missie ‘Gravity Recovery and Interior Laboratory’ of GRAIL te combineren met topografische data van de Lunar Reconnaissance Orbiter. Dankzij al deze gegevens konden de onderzoekers eerdere berekeningen van de dikte van de maankorst en de dichtheid van de mantel binnenin de krater verder verfijnen. En daarbij stuitten ze ook op de zware ondergrondse massa.
De bel van gesteente is waarschijnlijk ontstaan tijdens de vorming van de krater en kan het restant zijn van de metalen kern van het oeroude inslagobject, aldus Peter James van de Baylor University, een van de auteurs van de nieuwe studie. Hoewel de zware massa gesteente aan het oppervlak niet zichtbaar is, heeft deze wel een duidelijk effect op het maanlandschap, dat een ovaalvormige inzinking van achthonderd meter diepte vertoont, een zogenaamde ‘centrale depressie’.
“Dit is een ongelooflijk resultaat,” zegt Daniel Moriarty, lunair geoloog van het Goddard Space Flight Center van de NASA. “Het biedt ons een inkijkje in wat zich in het binnenste van de maan afspeelt.”
Het Zuidpool-Aitken-bekken heeft in het verleden veel interesse gewekt vanwege de samenstelling van zijn oppervlaktegesteente en reusachtige omvang. (Lees meer over de vreemde rotsen die in het Zuidpool-Aitken-bekken zijn gevonden en die afkomstig kunnen zijn uit zeer diepe gesteentelagen van de maan.)
“Voor zover wij weten, is het de grootste bewaard gebleven krater in het zonnestelsel,” zegt James. De ontdekking van de vreemde massa gesteente maakt het mysterie rond de krater alleen maar groter, vooral omdat de depressie en de naburige lunaire zuidpool potentiële bestemmingen voor meerdere toekomstige maanmissies zijn.
Wetenschappers staan te springen om de massa nader te onderzoeken. Daarbij zouden ze meer inzicht kunnen krijgen in het verhaal achter de kolossale inslag waarbij de krater ontstond en ook belangrijke details kunnen onthullen over de evolutie van de natuurlijke satelliet van de Aarde en van andere aardachtige hemellichamen.
“Als iemand die werkt met inslagmodellen vind ik dit zeer spannend,” zegt Brandon Johnson, een planetoloog van de Brown University die niet bij het nieuwe onderzoek was betrokken. “Ik kan niet wachten om eraan te gaan werken.”
Kolossale vondst
De twee ruimtesondes van de GRAIL-missie – met de namen ‘Ebb’ en ‘Flow’ (‘Eb’ en ‘Vloed’) – werden in 2011 gelanceerd en wentelden een jaar lang in hun omloopbaan rond de maan, vanwaar ze de variaties in het lunaire zwaartekrachtveld nauwkeurig in kaart brengen. Met behulp van deze gegevens kon het GRAIL-team de meest gedetailleerde kaart tot nu toe van het lunaire zwaartekrachtveld samenstellen.
De gegevens leveren een schetsmatig beeld op van wat er zowel aan de oppervlakte als in het binnenste van de maan gebeurt. Hoe meer gesteentemassa er aanwezig is, bijvoorbeeld in hoger gelegen gebieden of in het geval van gesteente met een hogere dichtheid, des te groter is de zwaartekracht. De kaart belicht het opvallende verschil tussen de meeste kraters op de maan en het Zuidpool-Aitken-bekken.
Andere grote maankraters worden ‘mascons’ genoemd, een samentrekking voor ‘massaconcentratie’. Mascons werden in 1968 ontdektdoor wetenschappers van het Jet Propulsion Laboratory van de NASA en zijn op zwaartekrachtkaarten te zien als een roos in het midden van concentrische ringen met afwisselend lagere en hogere zwaartekrachten. Het fenomeen is het gevolg van de wijze waarop korstgesteente met een lagere dichtheid en mantelmateriaal met een hogere dichtheid zich aanpassen na een inslag.
Maar het Zuidpool-Aitken-bekken vertoont dit patroon niet. Om uit te vinden wat er onder het oppervlak van het bekken aan de hand is, namen de onderzoekers hun toevlucht tot modellen die waren gebaseerd op schattingen van de krachten die bij een inslag optreden en zo de natuurlijke rangschikking benaderen. In de resultaten dook ook de enorme bel van dicht gesteente onder het maanoppervlak op.
Restant van de kern?
Het team stelt twee mogelijke verklaringen voor de ondergrondse massa voor. Ten eerste zou het kunnen gaan om resten van de zware oxiden die werden gevormd tijdens de laatste fase van het afkoelingsproces van de oeroude oceanen van magma die de maan ooit bedekten. Maar de onderzoekers hebben nog geen mechanisme kunnen vinden dat de vorming van een dergelijke bel van dicht gesteente onder het bekken kan verklaren.
“Waarom zou dat gesteente zich uitgerekend daar bevinden?” vraagt James zich af.
Maar de massa zou volgens het team ook afkomstig kunnen zijn van het oeroude inslagobject zelf. De ruimterots die dit enorme bekken uitgroef, moet groot genoeg zijn geweest om in de vroege fase na de inslag in verschillende lagen van dichtheid te zijn gescheiden, zoals ook bij veel van onze huidige planeten gebeurde. Daarbij zakte dicht gesteente met een hoog gehalte aan metalen naar de kern terwijl daaromheen lichter gesteente werd gevormd.
Op de dag van de inslag ontstond door de energie van de megabotsing een komvormige krater in het maanoppervlak, waarbij de metaalhoudende kern van het inslagobject uiteenviel. De oorspronkelijke kuil in de maan bleef maar korte tijd bestaan en werd al snel gedeeltelijk opgevuld met gesmolten gesteente, waarin de resten van de oude kern van het inslagobject nog aanwezig waren.
“Dat is de verklaring waar ik m’n geld op in zou zetten,” zegt James.
“Het is zeker overtuigend dat zich daar beneden iets bevindt,” vindt ook Johnson, die denkt dat de meest plausibele verklaring is dat het om het restant van het inslagobject gaat. “Toen ik het artikel las, dacht ik al aan de vele manieren waarop we vervolgonderzoek kunnen doen en meer inzicht kunnen krijgen in de oorzaak van de kolossale anomalie die is ontdekt.”
Diepe nieuwsgierigheid
Naast het vinden van de mysterieuze bel van gesteente kon het team ook de contouren van de binnenste kraterrand vaststellen, waarbij bleek dat de totale omvang van de krater tot nu toe is onderschat. Dat kan belangrijk zijn, want de NASA en andere organisaties bereiden missies naar dit bekken en de naburige lunaire zuidpool voor. De laatste onderzoekers die de grenzen van het bekken probeerden vast te leggen maakten gebruik van gegevens van de Clementine-missie, waarin een hiaat in de zuidelijke kraterrand werd gevonden. Maar in de nieuwe en vollediger gegevens van de LRO en GRAIL bleek dat de doorsnede van de krater ongeveer 64 kilometer groter is dan voorheen werd gedacht.
Al met al verdiept het nieuwe onderzoek de toch al grote nieuwsgierigheid naar het ontstaan van het Zuidpool-Aitken-bekken.
“Het is gewoon heel erg raadselachtig,” zegt Sara Mazrouei van het Center for Planetary Science and Exploration van de Western University, die niet bij het nieuwe onderzoek was betrokken. Door hun inzicht in deze structuur te vergroten hopen wetenschappers beter te kunnen verklaren hoe aardachtige (rotsachtige) hemellichamen ontstaan.
“Elke planeet in ons zonnestelsel is ontstaan doordat kleine hoeveelheden materiaal tegen elkaar zijn gebotst en uiteindelijk steeds grotere objecten vormden,” zegt Moriarty.
Op Aarde is het oeroude oppervlak met zijn archief van vroege inslagen geleidelijk aan uitgewist door de permanente recycling van aardschollen. Maar op het maanoppervlak zijn de miljarden jaren oude littekens nog altijd te zien, waardoor onze natuurlijke satelliet een onuitwisbaar en verbluffend archief is wat er in het vroegste begin van het zonnestelsel is gebeurd, waaronder de spectaculaire gebeurtenis waarbij de grootste inslagkrater in onze kosmische omgeving werd gevormd. (Ontdek waarom wetenschappers nu denken dat de maan nog altijd tektonische activiteit vertoont.)
“Als het gaat om het precieze proces dat het Zuidpool-Aitken-bekken heeft gevormd, is er nog heel veel dat we niet begrijpen,” zegt Moriarty. “Dit is momenteel een enorm groot onderzoeksgebied.”
Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com
