De Indiase Chandrayaan-3-missie heeft de eerste metingen opgeleverd van de samenstelling van de grond nabij de zuidpool van de maan 1. De gevonden mineralen leveren verder bewijs dat het maanoppervlak volledig was gesmolten kort nadat de maan was gevormd.

De Chandrayaan-3 Vikram-lander landde op 23 augustus 2023 op het oppervlak. Hij zette een rover in, genaamd Pragyan, die gedurende tien dagen gegevens verzamelde variërend van temperatuur tot seismologische metingen.

Pragyan bestudeerde ook de chemische samenstelling van regoliet: het fijne materiaal dat een groot deel van het maanoppervlak bedekt. De rover stopte 23 keer en zette een instrument in, een Alpha Particle X-ray Spectrometer (APXS).

Santosh Vadawale, een röntgenastronoom bij het Physical Research Laboratory in Ahmedabad, India, en zijn collega's analyseerden de stralingsgegevens verzameld door de APXS en gebruikten deze informatie om de elementen in de regoliet en hun relatieve overvloed te identificeren, wat op zijn beurt de minerale samenstelling van de bodem onthulde. Het team ontdekte dat alle 23 monsters voornamelijk uit ferroanorthosiet bestonden, een veel voorkomend mineraal op de maan. De resultaten werden vandaag bekendgemaaktNatuurgepubliceerd.

"Het is ongeveer wat we hadden verwacht op basis van orbitale gegevens, maar het is altijd goed om de echte waarheid te achterhalen", zegt Lindy Elkins-Tanton, een planetaire wetenschapper aan de Arizona State University in Tempe.

Eerdere landers bereikten vergelijkbare resultaten. De monsters van Chandrayaan-3 zijn echter de eerst uit het subpolaire gebied: eerdere landers bezochten equatoriale en middenbreedtegebieden. Alles bij elkaar suggereert dit dat de samenstelling van de regoliet uniform is over het gehele maanoppervlak.

Vadawale zegt dat dit een directe bevestiging is dat het maanoppervlak onmiddellijk na de vorming een gesmolten magma-zee was. De maanmagma-zeetheorie werd voor het eerst voorgesteld door twee onafhankelijke groepen in 1970 na analyse van gesteenten verzameld tijdens de landing van Apollo 11 in 1969.

Oorsprong van de maan

Het beste model voor de oorsprong van de maan suggereert dat de nieuw gevormde aarde werd getroffen door een groot botslichaam genaamd Theia, dat het oppervlak van de planeet verdampte en een grote hoeveelheid materiaal in een baan om de aarde wierp. Het verspreide materiaal klonterde snel samen en vormde de maan. Deze impacttheorie verklaart waarom maangesteenten een isotopensamenstelling hebben die vergelijkbaar is met die op aarde.

Het materiaal waaruit de maan bestond, bevatte veel energie die moest worden afgevoerd. Dit ontsnapte in de vorm van hitte en smolt het oppervlak van de jonge maan in een zee van magma. Dichte mafische gesteenten rijk aan metalen zoals magnesium zonken in het binnenste van de maan. Lichtere rotsen, waaronder anorthosiet, dreven omhoog en vormden hooglanden die vergelijkbaar waren met die bezocht door Chandrayaan-3.

‘Het ondersteunt verder de hypothese van de magma-zee van de maan’, zegt Mahesh Anand, planetair wetenschapper aan de Open Universiteit in Milton Keynes, VK.

Vadawale en zijn collega's ontdekten dat hun monsters verhoogde hoeveelheden magnesium bevatten vergeleken met de calciumspiegels. Dit suggereert dat diepere mafische materialen in de regoliet werden gemengd.

De onderzoekers schrijven dit toe aan de gebeurtenissen die een enorme inslagkrater vormden, het Zuidpool-Aitken Basin genaamd, waarvan de rand 350 kilometer verwijderd is van de landingsplaats van Chandrayaan-3. “Als je zo’n grote inslagkrater creëert, moet je diepere materialen uitgraven”, zegt Vadawale, omdat de inslagkrater diep in de korst doordringt. Dit diepere, magnesiumrijke materiaal zou over een groot gebied zijn verspreid, waardoor de samenstelling van de regoliet die Pragyan bestudeerde enigszins zou veranderen.

Een probleem met dit idee is echter dat het Zuidpool-Aitkenbekken gedomineerd lijkt te worden door een mineraal genaamd pyroxeen, wat niet helemaal past bij de gegevens van Pragyan, zegt Anand. Voor verduidelijking zullen er waarschijnlijk monsters naar de aarde moeten worden teruggestuurd, zegt hij.

De volgende Chandrayaan-missie, die zich in een vroeg ontwikkelingsstadium bevindt, is precies dat van plan.

“Voor mij is dit een verhaal over de Succes van het Indiase ruimteprogramma zegt Elkins-Tanton.