Diese geologische Neubewertung ist nicht nur eine bloße akademische Kuriosität. Sie leitet direkt die kommenden menschlichen Erkundungen, indem sie den südlichen Rand dieses Beckens als bevorzugtes Ziel für die Mission Artemis III ausweist. Astronauten würden dort Ejekta finden, Materialien, die bei dem Einschlag aus den Tiefen des Mondes nach oben befördert wurden, und so einen beispiellosen Zugang zur Frühgeschichte des Mondes erhalten.
Das Südpol-Aitken-Einschlagsbecken, das sich auf der Rückseite des Mondes befindet, entstand durch einen Einschlag von Norden (nach unten im Bild).
Eine Ablagerung von Trümmern, reich an radioaktiven KREEP-Elementen (in leuchtendem Rot), ist nur auf einer Seite des Beckens sichtbar.
Diese Ablagerung enthält Materialien, die aus dem ursprünglichen magmatischen Ozean des Mondes stammen.
Die Artemis-Astronauten werden in diesem Gebiet, am südlichen Ende des Beckens (unten im Bild), landen.
Bildnachweis: Jeff Andrews-Hanna / University of Arizona / NASA / NAOJ.
Eine geologische Untersuchung zur Rekonstruktion der Einschlagbahn
Die Lösung dieses Rätsels erforderte einen Ansatz, der mehrere Beobachtungstechniken kombinierte. Das Forschungsteam griff auf topografische Analysen, die Kartierung von Variationen im Gravitationsfeld und die Untersuchung der Dicke der Mondkruste zurück, um die oft verwischten Konturen des Beckens präzise neu zu definieren. Diese Daten wurden anschließend mit denen anderer großer Einschlagsstrukturen im Sonnensystem, wie den Hellas- und Utopia-Becken auf dem Mars, verglichen, um die Interpretationsmodelle zu validieren.
Das Ergebnis dieser Untersuchung ist eindeutig: Das Südpol-Aitken-Becken weist eine längliche Struktur auf, ähnlich einem Wassertropfen oder einer Avocado, die sich in Richtung Süden deutlich verjüngt. Diese charakteristische Form ist das Kennzeichen eines schrägen Einschlags, wobei der schmalste Teil die Richtung anzeigt, in der der Asteroid nach dem Aufprall weiterflog. Diese Beobachtung widerspricht der historischen Hypothese eines Einschlags von Süden.
a) SPA-Becken dargestellt als Bouguer-Schwere.
b) SPA-Becken dargestellt als Schweregradienten.
c) Topografie des SPA-Beckens.
d) Topografie des Hellas-Beckens auf dem Mars.
e) Topografie des Crisium-Beckens auf dem Mond.
f) Topografie des Sputnik-Beckens auf Pluto.
Alle Karten sind in Polarprojektion, zentriert auf das Becken, und nach unten in die vermutete Einschlagrichtung ausgerichtet. Die Ränder der Becken sind schwarz nachgezeichnet, mit einer durchschnittlichen Ellipse (weiß) und ihrer Variation (grau). Die Konturen von a und b sind identisch und kombinieren die beiden Datensätze.
Diese neue Flugbahn von Norden nach Süden hat eine direkte Auswirkung auf die Verteilung des ausgeworfenen Materials. Die Modellierung zeigt, dass sich die Ejekta, die aus den tiefen Schichten herausgeschleuderten Trümmer, hauptsächlich am "unterströmten" Rand des Kraters, also im Süden, abgelagert haben. Diese Vorhersage platziert die zukünftigen Landegebiete von Artemis an einem außergewöhnlichen geologischen Ort, auf einem Stapel von Materialien, die aus dem Mondmantel stammen.
Ein Impaktor, der die Kruste zum denkbar schlechtesten Zeitpunkt durchschlug
Der frühe Mond war wahrscheinlich eine Kugel aus geschmolzenem Gestein, bedeckt von einem riesigen magmatischen Ozean. Beim Abkühlen kristallisierte dieser Ozean aus und bildete Mantel und Kruste. Bestimmte chemische Elemente, die nicht in die sich bildenden Minerale passten, wurden in die verbleibende Flüssigkeit abgestoßen. Diese letzte geochemische "Sirup"-Phase, reich an Kalium, Seltenen Erden und Phosphor, wird mit dem Akronym KREEP bezeichnet.
Die in Nature veröffentlichte Studie legt nahe, dass der Einschlag des Südpol-Aitken-Beckens zu einem kritischen Zeitpunkt stattfand, als die letzten Taschen dieses magmatischen Ozeans noch nicht vollständig erstarrt waren. Die Forscher vergleichen diesen Prozess mit dem Gefrieren einer Dose Limonade: Das Wasser gefriert zuerst und konzentriert den Zucker in den letzten Tropfen Flüssigkeit. Auf dem Mond konzentrierten sich die KREEP-Elemente in den letzten Magmaresten, die durch die Verdickung der Kruste auf der Rückseite zur Vorderseite des Mondes gedrückt wurden, ähnlich wie eine Zahnpastatube, die ausgedrückt wird.
Der Beweis für dieses Szenario liegt in einer auffälligen chemischen Asymmetrie um das Becken herum. Die Ejekta an seiner Westflanke sind ungewöhnlich reich an Thorium, einem radioaktiven Element, das für KREEP-Material charakteristisch ist. Im Gegensatz dazu ist seine Ostflanke fast frei davon. Diese Verteilung deutet darauf hin, dass der Einschlag genau an der Grenze, wo diese restlichen magmatischen Taschen überdauerten, eine Bresche in die Mondkruste schlug und einen Teil ihres Inhalts an die Oberfläche freisetzte.
Die endgültige Bestätigung dieser Hypothesen hängt von der Analyse von Proben ab, die vor Ort entnommen werden. Die Artemis-Missionen werden somit, indem sie in der Nähe des Südpols landen, die Gelegenheit haben, Fragmente dieser thoriumreichen Ejekta zur Erde zurückzubringen. Ihre Untersuchung im Labor wird es ermöglichen, den Einschlag genau zu datieren und die Zusammensetzung der letzten Überreste des Magmaozeans zu charakterisieren, was ein einzigartiges Fenster in die ersten Augenblicke des Mondes öffnet.