Poco después de su formación, la Luna quedó cubierta por un océano global de roca fundida (magma). A medida que el océano de magma se enfrió y solidificó, los minerales densos se hundieron para formar la capa del manto, mientras que los minerales menos densos flotaron para formar la corteza superficial. Posteriormente, el intenso bombardeo de asteroides masivos y cometas atravesó la corteza, haciendo estallar pedazos de manto y esparciéndolos por la superficie lunar.

Recientemente, un par de estudios de la NASA identificaron las ubicaciones más probables para encontrar trozos de manto en la superficie, proporcionando un mapa para futuras misiones de retorno de muestras lunares, como las del programa Artemisa de la NASA. Si se recopilan y analizan, estos fragmentos de las profundidades de la Luna pueden proporcionar una mejor comprensión de cómo evolucionaron la Luna, la Tierra y muchos otros mundos del sistema solar.

"Esta es la evaluación más actualizada de la evolución del interior lunar, sintetizando numerosos desarrollos recientes para pintar una nueva imagen de la historia del manto y cómo y dónde pudo haber estado expuesto en la superficie lunar", dijo Daniel Moriarty del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland y la Universidad de Maryland, College Park.

Los océanos de magma evolucionan a medida que se enfrían y los materiales densos se hunden mientras que los materiales ligeros se elevan. Se cree que la formación de los océanos de magma y su evolución son procesos comunes entre los planetas rocosos y las lunas en todo nuestro sistema solar y más allá. La Luna de la Tierra es el cuerpo más accesible y mejor conservado para estudiar estos procesos fundamentales.

“Comprender estos procesos con más detalle tendrá implicaciones para importantes preguntas de seguimiento: ¿Cómo afecta este calentamiento temprano a la distribución del agua y los gases atmosféricos de un planeta? ¿El agua se pega o se evapora por ebullición? ¿Cuáles son las implicaciones para la habitabilidad temprana y la génesis de la vida? " agrega Moriarty, autor principal de los artículos, publicados el 3 de Agosto en Nature Communications y en Enero de 2021 en el Journal of Geophysical Research.

Los grandes objetos rocosos como planetas, lunas y grandes asteroides pueden formar océanos de magma con el calor generado a medida que crecen. Nuestro sistema solar se formó a partir de una nube de gas y polvo que colapsó por su propia gravedad. Cuando esto sucedió, los granos de polvo chocaron entre sí y se pegaron, y con el tiempo este proceso se convirtió en conglomeraciones cada vez más grandes, formando finalmente cuerpos del tamaño de asteroides y planetas. Estas colisiones generaron una enorme cantidad de calor. Además, los componentes básicos de nuestro sistema solar contenían una variedad de elementos radiactivos, que liberaban calor a medida que decaían. En objetos más grandes, ambos procesos pueden liberar suficiente calor para formar océanos de magma.

Sin embargo, los detalles de cómo evolucionan los océanos de magma a medida que se enfrían y cómo se cristalizan los diversos minerales en ellos son inciertos, lo que afecta a cómo los científicos creen que pueden verse las rocas del manto y dónde se pueden encontrar en la superficie.

“La conclusión es que la evolución del manto lunar es más complicada de lo que se pensaba originalmente”, dijo Moriarty. “Algunos minerales que se cristalizan y se hunden temprano son menos densos que los minerales que se cristalizan y se hunden más tarde. Esto conduce a una situación inestable con material liviano cerca de la parte inferior del manto que intenta elevarse mientras que el material más pesado más cercano a la parte superior desciende. Este proceso, llamado 'vuelco gravitacional', no avanza de una manera ordenada, sino que se vuelve complicado, con muchas mezclas y rezagados inesperados que quedan atrás".

El equipo revisó los experimentos de laboratorio más recientes, el análisis de muestras lunares y los modelos geofísicos y geoquímicos para desarrollar su nueva comprensión de cómo evolucionó el manto lunar a medida que se enfriaba y solidificaba. Utilizaron esta nueva comprensión como una lente para interpretar las observaciones recientes de la superficie lunar de la nave espacial Lunar Prospector y Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA, y el instrumento Moon Mineralogy Mapper de la NASA a bordo de la nave espacial Chandrayaan-I de la India. El equipo generó un mapa de posibles ubicaciones del manto utilizando datos de Moon Mineralogy Mapper para evaluar la composición y abundancia de minerales, integrado con las observaciones de Lunar Prospector de abundancias elementales, incluidos marcadores del último líquido restante al final de la cristalización del océano de magma lunar, e imágenes y topografía de datos de Lunar Reconnaissance Orbiter.

Con alrededor de 2.600 kilómetros de ancho, la cuenca Aitken del Polo Sur es la estructura de impacto confirmada más grande en la Luna y, por lo tanto, está asociada con la mayor profundidad de todas las cuencas lunares, por lo que es el lugar más probable para encontrar trozos de manto, según el equipo.

Durante años, los científicos han estado desconcertados por una anomalía radiactiva en el cuadrante noroeste del Polo Sur: la Cuenca Aitken en el lado no visible de la Luna. El análisis del equipo demuestra que la composición de esta anomalía es consistente con el "lodo" que se forma en el manto superior al final de la cristalización del océano de magma. Debido a que este lodo es muy denso, los científicos habían asumido previamente que debería hundirse completamente en el manto inferior al principio de la historia lunar.

"Sin embargo, nuestra comprensión más matizada de modelos y experimentos recientes indica que parte de este lodo queda atrapado en el manto superior y luego excavado por esta vasta cuenca de impacto", dijo Moriarty. “Por lo tanto, esta región noroeste del Polo Sur, la Cuenca Aitken es la mejor ubicación para acceder a los materiales del manto excavados actualmente en la superficie lunar. Curiosamente, algunos de estos materiales también pueden estar presentes alrededor de los sitios propuestos para el aterrizaje de Artemisa y VIPER alrededor del Polo Sur lunar".