Anomalie gravitazionali in aria libera e rilievo topografico ombreggiato del bacino d'impatto orientale della luna di 930 km di diametro. Il rosso corrisponde agli eccessi di massa e il blu ai deficit di massa relativi al valore di riferimento. Questo modello di campo gravitazionale, sulla base delle misurazioni acquisite dalla missione NASAGRAIL, mostra la struttura dettagliata della depressione del bacino centrale che è riempita con basalti densimare, così come gli anelli formatisi a causa del collasso gravitazionale della cavità craterica iniziale poco dopo l'impatto. La mappa in rilievo ombreggiato, da un modello di elevazione digitale dell'altimetro laser del NASA Lunar Reconnaissance Orbiter e della SELENE Terrain Camera, è reso con il sole virtuale subito dopo l'alba all'Orientale, un giorno dopo la luna piena. Credito:Ernest Wright, Studio di visualizzazione scientifica NASA/GSFC
Utilizzando i dati della missione Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL) della NASA, gli scienziati hanno gettato nuova luce sulla formazione di un'enorme caratteristica di impatto a forma di occhio di bue sulla Luna. Le scoperte, descritto in due articoli pubblicati sulla rivista Scienza , potrebbe aiutare gli scienziati a capire meglio come questi tipi di impatti giganti abbiano influenzato la prima evoluzione della Luna, Marte e Terra.
Formata circa 3,8 miliardi di anni fa, il bacino Orientale si trova sul bordo sud-occidentale del lato vicino della Luna, appena visibile dalla Terra. Le caratteristiche più importanti del bacino sono tre anelli concentrici di roccia, il più esterno dei quali ha un diametro di quasi 580 miglia.
Gli scienziati hanno discusso per anni su come si siano formati quegli anelli. Grazie ai passaggi ravvicinati mirati sull'Orientale da parte della navicella spaziale gemella GRAIL nel 2012, gli scienziati della missione pensano di averlo finalmente capito. I dati GRAIL hanno rivelato nuovi dettagli sulla struttura interna dell'Orientale. Gli scienziati hanno usato queste informazioni per calibrare un modello di computer che, per la prima volta, è stato in grado di ricreare la formazione degli anelli.
"Grandi impatti come quello che ha formato Orientale sono stati i più importanti fattori di cambiamento sulle croste planetarie nel primo sistema solare, " ha detto Brandon Johnson, un geologo alla Brown University, autore principale di uno dei documenti e coautore dell'altro. "Grazie agli straordinari dati forniti da GRAIL, abbiamo un'idea molto migliore di come si formano questi bacini, e possiamo applicare questa conoscenza a grandi bacini su altri pianeti e lune".
In uno dei Scienza documenti, un gruppo di ricerca guidato da Maria Zuber del MIT, un dottorato di ricerca marrone laureato, eseguito un esame dettagliato dei dati restituiti da GRAIL.
"Nel passato, la nostra visione del bacino Orientale era in gran parte correlata alle sue caratteristiche superficiali, ma non sapevamo come fosse in dettaglio la struttura del sottosuolo. È come cercare di capire come funziona il corpo umano semplicemente guardando la superficie, " ha detto Jim Head, un geologo a Brown, Membro del team scientifico GRAIL e coautore della ricerca. "La bellezza dei dati GRAIL è che è come mettere Orientale in una macchina a raggi X e apprendere in modo molto dettagliato a cosa corrispondono le caratteristiche della superficie nel sottosuolo".
Uno dei misteri chiave che i dati hanno aiutato a risolvere riguarda le dimensioni e la posizione del cratere transitorio di Orientale, la depressione iniziale creata quando l'impattore ha fatto saltare il materiale dalla superficie. In impatti minori, quel cratere iniziale è rimasto indietro. Ma in collisioni più grandi, il rimbalzo della superficie a seguito dell'impatto può talvolta cancellare ogni traccia di quel punto di impatto iniziale.
Alcuni ricercatori avevano pensato che uno degli anelli dell'Orientale potesse rappresentare i resti del cratere transitorio. Ma i dati GRAIL hanno mostrato che non è così. Invece la firma gravitazionale di Orientale suggerisce che il cratere transitorio fosse da qualche parte tra i suoi due anelli interni, misura tra le 200 e le 300 miglia di diametro. Qualsiasi residuo superficiale riconoscibile di quel cratere è stato cancellato dalle conseguenze della collisione.
Il bacino orientale è largo circa 580 miglia (930 chilometri) e ha tre anelli distinti, che formano uno schema simile al bullseye. Questa vista è un mosaico di immagini del Lunar Reconnaissance Orbiter della NASA. Credito:NASA/GSFC/Arizona State University
Limitare le dimensioni del cratere transitorio ha permesso al team di stimare la quantità di materiale espulso dalla superficie durante la collisione. Il team calcola che circa 816, 000 miglia cubiche di roccia sono state spazzate via.
Per la testa, quei risultati hanno contribuito a legare insieme anni per la ricerca su Orientale.
"Ho scritto il mio primo articolo sul Bacino Orientale nel 1974, più di quarant'anni fa, e da allora lo studio, " ha detto. "Ora sappiamo quali parti della crosta sono state rimosse, quali parti del mantello e dell'interno più profondo furono sollevate, e quanta ejecta è stata rimossa e ridistribuita su tutta la Luna."
Modellare gli anelli di Orientale
Per l'altra carta Johnson ha guidato un team di ricercatori che ha utilizzato i dati GRAIL per sviluppare un modello informatico dell'impatto e delle sue conseguenze. Il modello che meglio si adatta ai dati GRAIL stima che Orientale sia stato formato da un oggetto di circa 40 miglia di diametro che viaggia a circa 9 miglia al secondo.
Il modello è stato in grado di ricreare gli anelli di Orientale e spiegare come si sono formati. Ha mostrato che quando la crosta è rimbalzata dopo l'impatto, rocce calde e duttili nel sottosuolo scorrevano verso l'interno verso il punto di impatto. Quel flusso verso l'interno fece spezzare e scivolare la crosta soprastante, formando le scogliere, a diversi chilometri di altezza, che compongono i due anelli esterni.
L'anello più interno è stato formato da un processo diverso. In impatti minori, il rimbalzo della crosta può formare un cumulo di materiale al centro di un cratere, chiamato picco centrale. Ma il picco centrale dell'Orientale era troppo grande per essere stabile. Quel materiale rifluiva verso l'esterno, eventualmente montando in modo circolare, formando l'anello interno.
"Questo è stato un processo davvero intenso, "Ha detto Johnson. "Queste scogliere di diversi chilometri e l'anello centrale si sono formati tutti entro pochi minuti dall'impatto iniziale".
Questa mappa con codice colore mostra la forza della gravità superficiale intorno al bacino orientale sulla luna, derivato dai dati GRAIL. (La scala dei colori rappresenta le unità di "gals" -- 1 gal è circa 1/1000 dell'accelerazione gravitazionale della superficie terrestre.) . Credito:NASA/JPL-Caltech
È la prima volta che un modello riesce a riprodurre questi anelli, ha detto Johnson.
"GRAIL ha fornito i dati di cui avevamo bisogno per fornire una base per i modelli, " ha detto. "Questo ci dà la certezza che stiamo catturando i processi che hanno effettivamente formato questi anelli".
Vasche ad anello altrove
Orientale è l'esempio più giovane e meglio conservato di bacino multi-anello in tutto il sistema solare, ma di certo non è l'unico. Armato di una comprensione dell'Orientale, gli scienziati possono studiare come questi processi si svolgono altrove.
"Ci sono diversi bacini di questo tipo su Marte, " Johnson ha detto "Ma rispetto alla Luna, c'è molta più geologia che è successa dopo questi impatti che li degrada. Ora che abbiamo una migliore comprensione di come si sono formati i bacini, possiamo dare un senso migliore ai processi che sono venuti dopo."
Head dice che questa ricerca è un altro esempio di come la nostra Luna ci aiuta a capire il resto del sistema solare.
"La Luna in qualche modo è un laboratorio pieno di caratteristiche ben conservate che possiamo analizzare in grande dettaglio, " Disse Head. "Grazie alla leadership di Maria Zuber, GRAIL continua ad aiutarci a capire come si è evoluta la Luna e come questi processi si relazionano con altri pianeti e lune".
