Chiar de la primii sateliţi trimişi să orbiteze în jurul Lunii, pentru a depista zone de aselenizare pentru astronauţii din cadrul misiunilor Apollo, oamenii de ştiinţă au observat un fenomen ciudat. Sondele trimise aveau un comportament ciudat.
Atunci când treceau pe deasupra anumitor cratere sau bazine de impact, se deplasau periodic de la traiectoria iniţială coborând spre suprafaţa lunară înainte de a putea să se redreseze.
După cum s-a dovedit mai târziu, cauza acestor orbite „accidentate” era Luna însăşi. De-a lungul anilor oamenii de ştiinţă au observat că gravitaţia sa devine mai puternică în anumite regiuni, creând un câmp gravitaţional cu „cocoloaşe”. În special, un grup de bazine prezintă o atracţie gravitaţională neaşteptat de puternică. Cercetătorii au suspectat că explicaţia fenomenului are de-a face cu excesul de masă de sub suprafaţa lunară şi le-au numit regiuni concentrate de masă sau „mascons”. Formarea acestor regiuni a rămas un mister până recent.
Folosind datele gravitaţionale de mare rezoluţie de la NASA Gravity Recovery şi misiunea Interior Laboratory (GRAIL), cercetătorii de la MIT şi Universitatea Purdue au cartografiat structura câtorva regiuni concentrate de masă şi au constatat că acestea au câmpuri gravitaţionale ce se aseamănă cu un model de cercuri concentrice (asemănător unei ţinte de arc): un centru puternic sau pozitiv, înconjurat de inele alternative de gravitaţie negativă şi pozitivă.
Pentru a-şi da seama ce cauzează acest model gravitaţional, echipa a creat simulări de impact lunare împreună cu repercusiunile lor geologice în scoarţa lunii şi manta, atât pe termen scurt cât şi pe termen lung. Ei au descoperit că simulările au reprodus acelaşi model doar în cazul unui singur scenariu.
Când un asteroid loveşte Luna, acesta aruncă material spre marginea craterului creând o bandă densă de materie în jurul perimetrului craterului. Impactul trimite o undă de şoc spre interiorul Lunii reverberând în interiorul scoarţei şi producând o contra-undă care atrage materialul dens din mantaua lunară spre suprafaţă, creând un centru de mare densitate în interiorul craterului. După sute de milioane de ani, suprafaţa se răceşte şi se destinde creând acea „ţintă de arc” din modelul gravitaţional.
Acest lanţ tumultos de evenimente a făcut posibile mascons-urile de astăzi, spune Maria Zuber, profesor de geofizică EA Grisworld din Departamentul Pământului, Atmosferei şi a Ştiinţelor Planetare de la MIT.
„Pentru prima dată, avem o înţelegere holistică a procesului prin care se formează regiunile concentrate de masă”, spune Zuber care este, de asemenea, principalul cercetător GRAIL şi vice-preşedintele MIT pentru cercetare. „Vor fi mai multe detalii care vor apărea cu siguranţă, dar calitatea datelor GRAIL a permis un progres rapid în această întrebare de durată.”
Utilizând o tehnică de mare precizie de zbor în formaţie, sondele GRAIL au cartografiat câmpul gravitaţional al Lunii (imagine artist)
Credit: NASA/JPL-Caltech
Cartografierea
Din ianuarie în decembrie 2012, sondele gemene GRAIL, Ebb şi Flow (flux şi reflux), au orbitat în tandem în jurul Lunii, cartografiind câmpul ei gravitaţional prin măsurarea schimbării distanţei dintre ele - o indicaţie în timp real a puterii de atracţie gravitaţională a Lunii. Cu cât sondele s-au apropiat mai mult de suprafaţa Lunii la finalul misiunii, Zuber aminteşte că inginerii au trebuit să adapteze orbitele sondelor pentru a contracara deviaţii cauzate de regiunile concentrate de masă.
„Deoarece câmpul gravitaţional al Lunii este atât de „accidentat” dacă am pune două navete spaţiale pe o orbită circulară, orbitele ar deveni imediat eliptice pentru că navetele ar fi scoase rapid de pe orbita lor,” spune Zuber. „Am fost întotdeauna într-o săptămână de prăbușire”.
În ciuda ameninţării iminente de impact, sondele au făcut măsurători de înaltă rezoluţie, pe care Zuber şi echipa GRAIL le-au tradus în hărţi gravitaţionale detaliate. Aceste hărţi au oferit oamenilor de ştiinţă măsurători precise despre grosimea scoarţei lunare pe orice regiune a Lunii, pe care Jaz Melosh de la Universitatea Purdue le-a integrat în simulările de impact.
Melosh a simulat procesele de impact în două bazine de dimensiuni similare pe parte apropiată a Lunii: una cu depozite de lavă şi alta fără. Melosh a folosit grosimea crustei celor două bazine într-un model, care simula impactul în fiecare regiune.
Conform măsurătorilor de la GRAIL, bazinul care conţinea depozite centrale de lavă a avut o crustă mai subţire decât celălalt bazin. După câteva simulări, cercetătorii au descoperit că un impact a creat modelul gravitaţional cu cercuri concentrice în primul bazin, dar nu şi în al doilea - previziuni care corespund cu măsurătorile GRAIL.
Făcând diferenţa
De ce această diferenţă în semnăturile gravitaţionale? Grupul a constatat că răspunsul stă în grosimea scoarţei la timpul impactului. Impactul în regiunile cu scoarţă mai subţire provoacă mai multe daune, trimiţând cu uşurinţă unde de şoc în mantaua mai densă din interiorul Lunii, care la rândul său atrage materia densă la suprafaţă, creând o regiune concentrată de masă. Regiunile cu scoarţa mai groasă, prin contrast, sunt mai rezistente la impact şi la revoltele interne.
„Impacturile mari au loc în câteva secunde, până la câteva ore,” spune Zuber. „Procesul de răcire al scoarţei şi recuperarea de la un eveniment atât de devastator durează sute de milioane de ani. Aşa că lăsăm aceste modele să ruleze de-a lungul timpului, până când suprafaţa se răceşte şi se relaxează. Apoi tot cu ce rămâne astăzi este doar gravitaţie.”
Aceste rezultate de la simulările grupului s-au potrivit exact cu măsurătorile actuale GRAIL, oferind oamenilor de ştiinţă încrederea că scenariul simulat este într-adevăr cel care a format mascons-urile.
În timp ce majoritatea oamenilor de ştiinţă sunt de acord că mascons-urile au apărut în urma unor impacturi mari, Laurent Montesi, profesor asociat de geologie de le Universitatea Maryland, spune că procesele exacte care au dus la formarea regiunilor concentrate de masă au fost un mister de la descoperirea lor de acum 45 de ani.
„Acestă lucrare propune în cele din urmă un răspuns la acest puzzle vechi prin includerea unui model complet de formare a unui mascon,” spune Montesi, care nu a contribuit la cercetare. „Acum este clar că procesele geologice care au avut loc de-a lungul a milioane de ani sunt necesare să transforme structura produsă imediat după impact într-o regiune concentrată de masă. Este remarcabil cât de bine modelele din cadrul lucrării reproduc structurile observate.”
Zuber spune că cunoscând ce a dat naştere mascons-urilor ar putea ajuta la înţelegerea evoluţiei Lunii, precum şi a altor planete sau sateliţi. Mascons-urile cel mai probabil s-au format în timpul perioadei cunoscute sub numele de Bombardamentul Greu Târziu, când sistemul solar timpuriu a suferit un război interplanetar de coliziuni. Pământul a suportat chiar mai multe bombardamente decât Luna, cu toate acestea craterele rezultate din acea perioadă au fost şterse datorită eroziunii şi a mişcării plăcilor tectonice. Studiind consecinţele impacturilor lunare ar putea prin urmare oferii indicii despre originile Pământului.
„Acesta a fost un timp foarte inospitalier pentru a fi la suprafaţa unei planete,” spune Zuber. „Spre sfârşitul acestui proces este momentul când primele organisme unicelulare au apărut pe Pământ. Cunoscând ce efect au avut impacturile asupra stării termice a planetei ne putem forma o idee timpurie despre condiţiile extreme în momentul când viaţa a început să se dezvolte pe Pământ.”
Traducere de Daniel Cosovanu după an-answer-to-why-lunar-gravity-is-so-uneven
