月の近側と遠い側の違いに関連する巨大な古代の影響

新しい研究によると、月の南極への古代の衝突が月マントルの対流パターンを変更して、熱を生成する一連の要素を近くに集中させたことを明らかにしました。 これらの要素は、地球上で見ることができる広大な月面を作成する役割を果たしました。 クレジット: Matt Jones

新しい研究は、月の南極 – エイトケン盆地を作成した影響が月の両側の構成と形状の極端な対照とどのようにつながっているかを示しています。

月が地球に見せる顔は、地球の反対側に隠している顔とは大きく異なります。 近い方は古代溶岩流の広大で暗い色の残骸である月の雌馬が支配します。 一方、クレーターで覆われた遠い側には、大規模な雌馬の特徴がほとんどありません。 2つの側面が異なる理由は、月で最も長く続く謎の1つです。

今、研究者は両面月の新しい説明を得ました。 1つは、数十億年前の月の南極近くで発生した巨大な衝突に関連しています。

サイエンスアドバンス（Science Advances）ジャーナルに掲載された新たな研究によると、月の巨大な南極 – エイトケン（SPA）盆地を形成した影響が、月の中を伝播する巨大な熱柱を作り出したはずです。 その羽は、特定の物質（希土類および熱発生要素のコレクション）を月の近くまで運んだでしょう。 そのような要因の集中は、火山活動に寄与し、近隣の火山平野を生み出したであろう。

月の近く（左）は広大な火山堆積物によって支配され、遠い（右）ははるかに少ないです。 2つの陣営がなぜそんなに違うのかは、長く続く月の謎です。 クレジット：ブラウン大学

「私たちは、SPAを形成したような大きな影響が多くの熱を発生することを知っています」とPh.D.のMatt Jones氏は言います。 ブラウン大学の候補者であり研究の躊躇者です。 「問題は、その熱が月の内部力学にどのように影響するかです。 私たちが示しているのは、SPAが形成されるときのそのような条件下で、最終的にこれらの熱発生要素を近くに集中させることです。 我々は、これが表面に見える溶岩を生成するマントル溶融に貢献したと予想しています。」

この研究は、ジョーンズとブラウン大学の助教授であるアレクサンダー・エヴァンス（Alexander Evans）とパーデュー大学（Purdue University）、アリゾナ州の月と惑星科学研究所（Lunar and Planetary Science Laboratory）、スタンフォード大学（Stanford University）、[{” attribute=””>NASA’s Jet Propulsion Laboratory.

A new study reveals that an ancient collision on the Moon’s south pole changed patterns of convection in the lunar mantle, concentrating a suite of heat-producing elements on the nearside. Those elements played a role in creating the vast lunar mare visible from Earth. Credit: Matt Jones

The differences between the near and far sides of the Moon were first revealed in the 1960s by the Soviet Luna missions and the U.S. Apollo program. While the differences in volcanic deposits are plain to see, future missions would reveal differences in the geochemical composition as well. The nearside is home to a compositional anomaly known as the Procellarum KREEP terrane (PKT) — a concentration of potassium (K), rare earth elements (REE), phosphorus (P), along with heat-producing elements like thorium. KREEP seems to be concentrated in and around Oceanus Procellarum, the largest of the nearside volcanic plains, but is sparse elsewhere on the Moon.

Some scientists have suspected a connection between the PKT and the nearside lava flows, but the question of why that suite of elements was concentrated on the nearside remained. This new study provides an explanation that is connected to the South Pole–Aitken basin, the second largest known impact crater in the solar system.

For the study, the researchers conducted computer simulations of how heat generated by a giant impact would alter patterns of convection in the Moon’s interior, and how that might redistribute KREEP material in the lunar mantle. KREEP is thought to represent the last part of the mantle to solidify after the Moon’s formation. As such, it likely formed the outermost layer of mantle, just beneath the lunar crust. Models of the lunar interior suggest that it should have been more or less evenly distributed beneath the surface. But this new model shows that the uniform distribution would be disrupted by the heat plume from the SPA impact.

According to the model, the KREEP material would have ridden the wave of heat emanating from the SPA impact zone like a surfer. As the heat plume spread beneath the Moon’s crust, that material was eventually delivered en masse to the nearside. The team ran simulations for a number of different impact scenarios, from dead-on hit to a glancing blow. While each produced differing heat patterns and mobilized KREEP to varying degrees, all created KREEP concentrations on the nearside, consistent with the PKT anomaly.

The researchers say the work provides a credible explanation for one of the Moon’s most enduring mysteries.

“How the PKT formed is arguably the most significant open question in lunar science,” Jones said. “And the South Pole–Aitken impact is one of the most significant events in lunar history. This work brings those two things together, and I think our results are really exciting.”

Refernece: “A South Pole–Aitken impact origin of the lunar compositional asymmetry” by Matt J. Jones, Alexander J. Evans, Brandon C. Johnson, Matthew B. Weller, Jeffrey C. Andrews-Hanna, Sonia M. Tikoo and James T. Kean, 8 April 2022, Science Advances.
DOI: 10.1126/sciadv.abm8475