Colosal impacto antiguo vinculado a las diferencias entre los lados cercano y lejano de la luna

Un nuevo estudio revela que una antigua colisión en el polo sur de la luna cambió los patrones de convección en el manto lunar, concentrando una serie de elementos que producen calor en el lado cercano. Estos elementos jugaron un papel en la creación del vasto mar lunar visible desde la Tierra. Crédito: Matt Jones

Una nueva investigación muestra cómo el impacto que creó el Polo Sur de la Luna, la cuenca de Aitken, está relacionado con el marcado contraste en la composición y apariencia entre los dos lados de la Luna.

La cara que muestra la Luna a la Tierra es muy diferente a la que esconde en el lado opuesto. El lado más cercano está dominado por el mare lunar, los vastos restos de color oscuro de antiguos flujos de lava. El lado opuesto, lleno de cráteres, por otro lado, está virtualmente desprovisto de características de mare a gran escala. Por qué los dos lados son tan diferentes es uno de los misterios más perdurables de la luna.

Ahora, los investigadores tienen una nueva explicación para la luna de dos caras, una que se refiere a un impacto gigantesco hace miles de millones de años cerca del polo sur de la luna.

Un nuevo estudio publicado en la revista Science Advances muestra que el impacto que formó la cuenca lunar gigante del Polo Sur-Aitken (SPA) habría creado una enorme columna de calor que se habría extendido por el interior lunar. Ese penacho habría traído algunos materiales, una serie de tierras raras y elementos que producen calor, al lado cercano de la luna. Esa concentración de elementos habría contribuido al vulcanismo que creó las llanuras volcánicas cercanas.

El lado más cercano de la Luna (izquierda) está dominado por grandes depósitos volcánicos, mientras que el lado más alejado (derecha) tiene muchos menos). Por qué los dos lados son tan diferentes es un misterio lunar perdurable. Crédito: Universidad de Brown

«Sabemos que los grandes impactos como el que se formó SPA generarían mucho calor», dijo Matt Jones, Ph.D. Candidato a la Universidad de Brown y autor principal del estudio. “La pregunta es cómo afecta ese calor a la dinámica interna de la Luna. Lo que mostramos es que en cualquier condición plausible en el momento en que se forma la SPA, termina concentrando estos elementos productores de calor en el lado cercano. Esperamos que esto haya contribuido al derretimiento del manto que produjo los flujos de lava que vemos en la superficie”.

El estudio fue una colaboración entre Jones y su asesor Alexander Evans, profesor asistente en Brown, junto con investigadores de la Universidad de Purdue, el Laboratorio de Ciencias Lunar y Planetaria en Arizona, la Universidad de Stanford y[{» 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