Wetenschappers hebben een hotspot gevonden aan de andere kant van de maan

Wetenschappers hebben onthuld dat rotsen onder een oude vulkaan aan de andere kant van de maan verrassend warm blijven, met behulp van gegevens van in een baan om de aarde draaiende Chinese ruimtevaartuigen.

Ze wijzen naar een grote plaat graniet die is gestold uit magma in de geologische leidingen onder wat bekend staat als het vulkanische complex Compton-Belkovichi.

“Ik zou zeggen dat we de spijker in de doodskist slaan van dit echt vulkanische kenmerk”, zei Matthew Siegler, een wetenschapper van het planetaire wetenschapsinstituut gevestigd in Tucson, Arizona, die het onderzoek leidde. “Maar wat interessant is, is dat het een aardachtig vulkanisch kenmerk is.”

Resultaten die vorige week naar buiten kwamen In het tijdschrift Nature legde hij uit wat er lang geleden gebeurde onder een vreemd deel van de maan. De studie benadrukt ook het wetenschappelijke potentieel van de gegevens die zijn verzameld door het Chinese ruimteprogramma, en hoe onderzoekers in de Verenigde Staten obstakels moeten omzeilen om die gegevens te gebruiken.

In deze studie analyseerden Dr. Siegler en collega’s gegevens van microgolfinstrumenten op Chang’e-1, gelanceerd in 2007, en Chang’e-2, gelanceerd in 2010, twee Chinese ruimtevaartuigen die niet langer operationeel zijn. Omdat directe samenwerking tussen NASA en China momenteel verboden is door het Congres en het onderzoek werd gefinancierd door een NASA-subsidie, kon Dr. Siegler niet samenwerken met de wetenschappers en ingenieurs die de gegevens verzamelden.

“Dat was een beperking,” zei hij, “in die zin dat we de ingenieurs die het apparaat in China hebben gebouwd niet konden bellen en zeggen: ‘Hé, hoe moeten we deze gegevens interpreteren?'” “Het zou heel mooi zijn als we hier de hele tijd met Chinese wetenschappers aan zouden werken. Maar dat mogen we niet doen. Maar gelukkig hebben ze een aantal van hun databases openbaar gemaakt.”

Hij kon putten uit de expertise van een Chinese geleerde, Jianqing Feng, die Dr. Siegler op een conferentie had ontmoet. Dr. Feng werkte aan het Lunar Exploration Project aan de Chinese Academie van Wetenschappen.

“Ik realiseerde me dat het combineren van maanonderzoeksgegevens uit verschillende landen ons begrip van de maangeologie zou verdiepen en tot opwindende resultaten zou leiden”, zei Dr. Feng in een e-mail. “Dus ik heb mijn baan in China opgezegd, ben naar de Verenigde Staten verhuisd en ben lid geworden van het Planetary Science Institute.”

Beide Chinese orbiters hadden microgolfinstrumenten, gebruikelijk op veel weersatellieten in een baan om de aarde, maar zeldzaam op interplanetaire ruimtevaartuigen.

En dus gaven de gegevens van Chang’e-1 en Chang’e-2 een ander beeld van de maan, waarbij de warmtestroom tot 4,5 meter onder het oppervlak werd gemeten – en bleek ideaal voor het onderzoeken van de Compton-Pelkovitch-raarheid.

Visueel ziet het gebied er onopvallend uit. (Het heeft niet eens een eigen naam; de afgebroken aanduiding is afgeleid van twee nabijgelegen inslagkraters, Compton en Belkowitz.) Toch fascineert het gebied wetenschappers al enkele decennia.

Eind jaren negentig werkte David Lawrence, toen een wetenschapper aan het Los Alamos National Laboratory, aan gegevens die waren verzameld door de NASA Lunar Prospector-missie en merkte op Een lichtpuntje van gammastraling Fotograferen vanaf deze plek aan de andere kant van de maan. De energie van gammastraling, de hoogste energievorm van licht, komt overeen met thorium, een radioactief element.

“Het was een van deze vreemde plekken die eruit sprongen als een zere duim in termen van overvloed aan thorium”, zei Dr. Lawrence, een planetaire wetenschapper die nu verbonden is aan het Johns Hopkins Applied Physics Laboratory in Maryland. “Ik ben een natuurkundige. Ik ben geen expert op het gebied van de geologie van de maan. Maar zelfs als natuurkundige zag ik dat prominent en zei: ‘Nou, dit is iets dat verdere studie verdient.'”

De volgende ontdekkingen kwamen na de komst van NASA’s Lunar Reconnaissance Orbiter in 2009. Bradley L. Jolliffe, hoogleraar aard- en planetaire wetenschappen aan de St. Louis University in Washington, leidde een team Ik heb die hoge resolutie foto’s van Compton Belkowitz bekeken.

Dr. Jolliffe zei dat wat ze zagen “verdacht op een caldera leek”, verwijzend naar de overblijfselen van de rand van een vulkaan. “Als je bedenkt dat deze kenmerken miljarden jaren oud zijn, zijn ze opmerkelijk goed bewaard gebleven.”

Meer recente analyse onder leiding van Catherine ShirleyNu aan de Universiteit van Oxford in Engeland, wordt de vulkaan geschat op 3,5 miljard jaar oud.

Omdat maangrond als een goede isolator fungeert en de temperatuurveranderingen tussen dag en nacht vermindert, reflecteren de microgolfemissies grotendeels de warmtestroom uit het binnenste van de maan. “Je hoeft maar ongeveer twee meter onder het oppervlak te lopen om de hitte van de zon niet meer te zien”, zei dr. Siegler.

Bij Compton-Belkovitch was de warmtestroom tot 180 milliwatt per vierkante meter, of ongeveer 20 keer de gemiddelde hoogte aan de andere kant van de maan. Deze schaal komt overeen met een temperatuur van minder dan 10 graden Fahrenheit, ongeveer 1,80 meter onder het oppervlak, of ongeveer 90 graden warmer dan waar dan ook.

“Dit viel op, omdat het heet was in vergelijking met waar dan ook op de maan,” zei Dr. Siegler.

Om zoveel hitte en thorium-gammastraling te produceren, concludeerden Dr. Siegler, Dr. Feng en andere onderzoekers dat graniet, dat radioactieve elementen zoals thorium bevat, de meest waarschijnlijke bron was en dat er genoeg van moet zijn.

“Het lijkt specifiek te identificeren wat voor soort materiaal eronder zit”, zei dr. Lawrence, een van de recensenten van het Nature-artikel.

“Het is een beetje het topje van de ijsberg”, zei hij over de oorspronkelijke gammastraling. “Wat je ziet in Compton-Belkovich is een soort oppervlakkige uitdrukking van iets veel groters daaronder.”

Elders op de maan zijn vulkanen zichtbaar. Gestolde lavavlaktes – merrie of zeeën van basalt – bedekken grote delen van het oppervlak, meestal aan de dichtstbijzijnde kant. Maar Compton-Bilkovitch is anders, vergelijkbaar met sommige vulkanen op aarde, zoals de berg Fuji en de berg St. Helens, die meer stroperige lava uitspugen.

Graniet is elders in het zonnestelsel zeldzaam. Op aarde vormt graniet zich in vulkanische gebieden waar de oceanische korst onder een continent wordt gedrukt door platentektoniek, de geologische krachten die rond delen van de buitenste aardkorst duwen. Water is ook een belangrijk onderdeel van graniet.

Maar de Maan is grotendeels droog en heeft geen platentektoniek. Maanstenen die meer dan 50 jaar geleden door NASA-astronauten zijn meegebracht, bevatten slechts enkele granietkorrels. Maar gegevens van de Chinese orbiters wijzen op een granietformatie van meer dan 30 mijl breed onder Compton-Belkovitch.

“Nu hebben we geologen nodig om erachter te komen hoe je dit soort kenmerken op de maan kunt produceren zonder water, zonder platentektoniek”, zei Dr. Siegler.

Dr. Jolliffe, die niet betrokken was bij het onderzoek, zei dat de paper een “erg mooie nieuwe bijdrage” was. Hij zei dat hij hoopte dat NASA of een andere ruimtevaartorganisatie een ruimtevaartuig naar Compton-Belkovitch zou sturen om seismische en mineralogische metingen uit te voeren.

Zo’n missie zou kunnen helpen bij het testen van ideeën over hoe de vulkaan daar in de eerste plaats is ontstaan. Een hypothese is dat een pluim van heet materiaal uit de mantel onder de aardkorst opsteeg, net als onder de Hawaïaanse eilanden.

Wat Dr. Feng betreft, zijn huidige visum waarmee hij in de Verenigde Staten mag werken, loopt binnenkort af. Hij solliciteert naar een nieuwe baan, navigerend in zijn wetenschappelijke carrière te midden van het geopolitieke gekibbel tussen de VS en China.

“We beginnen nu andere mogelijke granietsystemen op de maan te bestuderen”, zei hij. “We gaan ook onze modellen uitbreiden om de ijzige manen van Jupiter te verkennen. Dus ik probeer zo lang mogelijk in de Verenigde Staten te blijven.”