Poco dopo che si è formato, la luna era ricoperta da un oceano globale di roccia fusa (magma). Mentre l'oceano di magma si raffreddava e si solidificava, minerali densi affondarono per formare lo strato di mantello, mentre i minerali meno densi galleggiavano per formare la crosta superficiale. Successivamente un intenso bombardamento da parte di enormi asteroidi e comete perforarono la crosta, facendo esplodere pezzi di mantello e spargendoli sulla superficie lunare.

Recentemente, un paio di studi della NASA hanno identificato le posizioni più probabili per trovare pezzi di mantello sulla superficie, fornendo una mappa per le future missioni di ritorno del campione lunare come quelle del programma Artemis della NASA. Se raccolti e analizzati, questi frammenti dal profondo della luna possono fornire una migliore comprensione di come la luna, la terra, e molti altri mondi del sistema solare si sono evoluti.

"Questa è la valutazione più aggiornata dell'evoluzione dell'interno lunare, sintetizzando numerosi sviluppi recenti per dipingere un nuovo quadro della storia del mantello e di come e dove potrebbe essere stato esposto sulla superficie lunare, ", ha affermato Daniel Moriarty del Goddard Space Flight Center della NASA, Cintura verde, Maryland e l'Università del Maryland, Parco del Collegio.

Gli oceani di magma si evolvono mentre si raffreddano e i materiali densi affondano mentre i materiali leggeri salgono. Si pensa che la formazione degli oceani di magma e la loro evoluzione siano processi comuni tra i pianeti rocciosi e le lune in tutto il nostro sistema solare e oltre. La luna della Terra è il corpo più accessibile e ben conservato per studiare questi processi fondamentali.

"Comprendere questi processi in modo più dettagliato avrà implicazioni per importanti domande di follow-up:in che modo questo riscaldamento precoce influisce sulla distribuzione dell'acqua e dei gas atmosferici di un pianeta? L'acqua si attacca? o è tutto bollito via? Quali sono le implicazioni per l'abitabilità precoce e la genesi della vita?" aggiunge Moriarty, autore principale degli articoli, pubblicato il 3 agosto in Comunicazioni sulla natura e gennaio 2021 in Giornale di ricerca geofisica .

Grandi oggetti rocciosi come pianeti, lune, e i grandi asteroidi possono formare oceani di magma con il calore generato man mano che crescono. Il nostro sistema solare si è formato da una nuvola di gas e polvere che è collassata sotto la sua stessa gravità. Come questo è successo, granelli di polvere sbattevano l'uno contro l'altro e appiccicavano l'uno all'altro, e nel tempo questo processo si è trasformato in conglomerati sempre più grandi, alla fine formando asteroidi e corpi di dimensioni planetarie. Queste collisioni hanno generato un'enorme quantità di calore. Anche, gli elementi costitutivi del nostro sistema solare contenevano una varietà di elementi radioattivi, che rilasciavano calore mentre si decomponevano. Negli oggetti più grandi, entrambi i processi possono rilasciare abbastanza calore per formare oceani di magma.

Però, i dettagli di come gli oceani di magma si evolvono mentre si raffreddano e come i vari minerali in essi cristallizzano sono incerti, che influenza l'aspetto che gli scienziati pensano possano sembrare le rocce del mantello e dove potrebbero essere trovate sulla superficie.

"La linea di fondo è che l'evoluzione del mantello lunare è più complicata di quanto si pensasse inizialmente, " ha detto Moriarty. "Alcuni minerali che cristallizzano e affondano presto sono meno densi dei minerali che cristallizzano e affondano più tardi. Questo porta a una situazione instabile con materiale leggero vicino alla parte inferiore del mantello che cerca di salire mentre il materiale più pesante più vicino alla parte superiore scende. Questo processo, chiamato 'ribaltamento gravitazionale, "non procede in modo pulito e ordinato, ma diventa disordinato, con un sacco di mixaggi e ritardatari inaspettati lasciati indietro."

Il team ha esaminato gli esperimenti di laboratorio più recenti, analisi del campione lunare, e modelli geofisici e geochimici per sviluppare la loro nuova comprensione di come il mantello lunare si è evoluto mentre si raffreddava e si solidificava. Hanno usato questa nuova comprensione come una lente per interpretare le recenti osservazioni della superficie lunare dalla sonda Lunar Prospector e Lunar Reconnaissance Orbiter della NASA, e lo strumento luna Mineralogy Mapper della NASA a bordo della navicella spaziale indiana Chandrayaan-I. Il team ha generato una mappa delle probabili posizioni del mantello utilizzando i dati di Mineralogy Mapper lunare per valutare la composizione e l'abbondanza dei minerali, integrato con le osservazioni del Lunar Prospector delle abbondanze elementali, compresi i marcatori dell'ultimo liquido rimasto alla fine della cristallizzazione dell'oceano del magma lunare, e immagini e dati topografici del Lunar Reconnaissance Orbiter.

Verso l'1 600 miglia (circa 2, 600 chilometri) di diametro, il bacino del Polo Sud-Aitken è la più grande struttura da impatto confermata sulla luna, e quindi è associato alla profondità di scavo più profonda di tutti i bacini lunari, quindi è il posto più probabile per trovare pezzi di mantello, secondo la squadra.

Per anni, gli scienziati sono rimasti sconcertati da un'anomalia radioattiva nel quadrante nord-ovest del Polo Sud, il bacino di Aitken sul lato opposto lunare. L'analisi del team dimostra che la composizione di questa anomalia è coerente con il "fango" che si forma nel mantello più alto proprio alla fine della cristallizzazione dell'oceano di magma. Poiché questo fango è molto denso, gli scienziati hanno precedentemente ipotizzato che dovrebbe affondare completamente nel mantello inferiore all'inizio della storia lunare.

"Però, la nostra comprensione più sfumata da modelli ed esperimenti recenti indica che parte di questo fango rimane intrappolato nel mantello superiore, e successivamente scavato da questo vasto bacino da impatto, " disse Moriarty. "Pertanto, questa regione nord-occidentale del Polo Sud, il bacino di Aitken, è la posizione migliore per accedere ai materiali del mantello scavati attualmente sulla superficie lunare. interessante, alcuni di questi materiali potrebbero essere presenti anche intorno ai siti di atterraggio di Artemide e VIPER proposti intorno al Polo Sud lunare."