Mondesstrahlen und Elemente

Mondesstrahlen und Elemente
Copyright © 2012 Hawai‘i Institute of Geophysics & Planetology
For original English text, go to: http://www.psrd.hawaii.edu
Translated by M.Dmitrieva

 

Geschrieben durch G. Jeffrey Taylor
Hawai’i Institute of Geophysics and Planetology

Um zu bestimmen, wie sich ein Planetenkörper geformt und entwickelt hat, müssen wir die chemischen Zusammensetzungen von kennzeichnenden geologischen Gebieten darauf bestimmen. Es ist nie möglich, genug Proben eines Planeten zu erhalten, um diesen Job gründlich zu erfüllen, so haben planetarische Wissenschaftler nach Weisen gesucht, chemische Zusammensetzungen aus der Bahn zu bestimmen, die die chemische Abbildung der kompletten Oberfläche erlauben würde. Eine Gruppe an der Hawai’i Universität hat eine Methode entwickelt, den Betrag des Titans und Eisens auf der Mondoberfläche vom Betrag des widerspiegelten Sonnenlichtes an verschiedenen Wellenlängen zu bestimmen. Vor kurzem David Blewett, Paul Lucey, B. Ray Hawke (Hawai’i Universität), und Bradley Jolliff (Washingtoner Universität in St. Louis) haben Apollo Gesteinsprobe verwendet, um die Technik sorgfältig zu kalibrieren, erlaubt überraschend genaue Maße von Eisen und Titan. Diese zwei Elemente sind im Verstehen des Ursprungs und der geologischen Evolution des Monds besonders nützlich.

Verweisungen:

Lucey, P. G., G. J. Taylor, and E. Malaret , 1995, Abundance and distribution of iron on the Moon. Science, Band 268, Seite 1150-1153.

Blewett, D. T., P. G. Lucey, B. R. Hawke, and B. L. Jolliff, 1997, Clementine images of the lunar sample-return stations: Refinement of FeO and TiO2 mapping techniques. J. Geophys. Res., Band 102, Seiet 16.319-16.325.

Eisen und Titan: Wichtige Elemente

Sie könnten sich fragen, was können Sie aus nur zwei Elementen erfahren? Es stellt sich heraus, dass Eisen und Titan ziemlich informativ sind. Titan ist eine wichtige Untersuchung der Zusammensetzungen von Magmen, weil es in die meisten Minerale nicht eingeht; stattdessen entwickelt es sich in einem Magma während der Kristallisierung, so ist sein Überfluss ein Maß des Betrags der Kristallisierung, die stattgefunden hat, bevor sich ein gegebener Felsen in einem großen Körper des Magmas geformt hat. Am wichtigsten erlauben die zwei Elemente uns, unter den bekannten Typen von Mondfelsen zu unterscheiden, und Titan bildet die Basis für die Basalte zu klassifizieren, das Maria zusammensetzen.

Die Haupttypen von Mondgestein können sich voneinander durch ihren Eisen und Titan-Konzentrationen unterscheiden. (In chemischen Analysen werden diese Elemente als Oxyde, FeO und TiO2 dargestellt, weil sie zu Sauerstoff innerhalb von Mineralen chemisch verpfändet werden.) Gesteinen von den Hochländern, den hellen, rauen, Berggebieten des Monds, enthalten weniger FeO, als die Maria, die mit dunklen Lava-Flüssen bedeckt werden. Tatsächlich können verschiedene Gruppen innerhalb des Hochlandes und Mare-Gesteine mit nur diesen zwei Elementen identifiziert werden.

 

 

Vom widerspiegelten Licht bis chemische Zusammensetzungen

Es hat zwei neue Missionen zum Mond gegeben. Das Galileo Raumfahrzeug ist durch zweimal geflogen (1990 und 1992), weil es Gravitation-Help für seine Reise in Jupiter (wo es jetzt ist) bekommt hat, und das Clementine Raumfahrzeug befand sich in der Bahn seit ein paar Monaten 1994. Beide haben Bilder mit speziellen Filtern genommen, die nur bestimmten Wellenlängen erlaubt haben, sie durchzuführen. Das hat Images in mehreren Wellenlängen erzeugt, und es sind die Verhältnisse dieser Wellenlängen, die Blewett und Lucey erlaubt haben, den elementaren Überfluss abzuleiten. Die Mission von Clementine hat fast ganze umfassende Deckung an der ausgezeichneten Raumentschlossenheit erhalten; jeder Pixel war über die Größe eines Fußballfeldes oder zwei.

Das Abstammen von FeO und TiO2 Überfluss ist mit dem Plotten der Intensität (hat den Reflexionsgrad genannt) des Lichtes an einer Wellenlänge gegen das Verhältnis der Reflektion an zwei Wellenlängen verbunden. Das erlaubt die Trennung der Effekten der “Raumverwitterung”, die die Oberfläche von der Wirkung der Zusammensetzung dunkel macht, die auch die Oberfläche dunkel macht. Ohne Trennung ist es schwierig eine Wirkung vom anderen zu unterscheiden. Raumverwitterung wird auf dem Mond durch die Kombination von Wasserstoff verursacht, der durch den Sonnenwind (ein Strom von Partikeln ständig ist, die von der Sonne ausgestrahlt sind) und Einflüsse durch winzige Meteorsteine implantiert wird. Die Einflüsse schmelzen einige des Mondregoliths (der erzeugter Einfluss, pulverige Schicht auf dem Mond), während der Wasserstoff mit FeO reagiert, um Minutentröpfchen von metallischem Eisen zu erzeugen.

Diese Effekten für die Technik von FeO werden in den Diagrammen links gezeigt. Fortlaufende Raumverwitterung veranlasst ein Gebiet von Regolith zu “verfallen”, der es dunkler macht, wie durch die Abnahme im Reflexionsgrad an 750 Nanometer (die X-Achse) angezeigt. Die Raum-Verwitterung auch veranlasst das Regolith, im Verhältnis vom Reflexionsgrad an 950 Nanometer dazu an 750 Nanometer zuzunehmen, das es geisterhaft röter macht.

 

Verschiedene FeO Konzentrationen im Regolith betreffen die Eigenschaften auf eine verschiedene Weise, als Raumverwitterung.  Bei einer gegebenen FeO Konzentration bewegt die Raumverwitterung das Regolith entlang einer Linie, als in der sich zeigenden Spitzendiagramm-Erhöhungsreife.  Jedoch veranlasst die Erhöhung von FeO Beträgen im Regolith die ganze Reihe, sich über einen Punkt zu drehen, wie im untersten Diagramm angezeigt wird.  Wenn Sie ein X-Y-Koordinatensystem mit dem Türangel-Punkt am Ursprung aufstellen, ist der Winkel q (theta) im Wert von FeO verbunden:  höher q bedeutet (theta) höheren FeO.

Eine ähnliche Methode mit der Reflexion an 415 und 750 Nanometern wurde verwendet, um die Technik für  TiO2 zu entwickeln.

Landestellen und Proben

Proben von dem Mondregolith wurden von Astronauten während der sechs Missionen von Apollo und durch das automatisierte Raumfahrzeug während drei russischer Luna Missionen zurückgegeben. Chemische Analysen jener Proben versorgen uns mit Kalibrierungspunkten, dass wir verwenden können, bei Verbesserung der Techniken für Bestimmung von FeO und TiO2. Die letzten drei Missionen von Apollo allein stellen zahlreiche Kalibrierungspunkte zur Verfügung, weil Proben an weit getrennten Gegenden gesammelt wurden, weil die Astronauten im Stande gewesen sind, ringsherum in einem Düne-Buggy genannt Lunar Roving Vehicle (LRV) zu fahren. Außerdem wurden jene Seiten, besonders Apollo 15 und 17 geologisch kompliziert, wo sowohl Mare als auch Hochlandterrains studiert wurden.

Das ist eine Fotographie von der Apollos17 Landestelle in einem Gebiet genannt Taurus-Littrow Valley. Der Pfeil zeigt die Position von Mondlande an. Die Kreise zeigen die ausfallenden Gegenden, die von David Blewett und seinen Kollegen zur feinen Melodie verwendet sind, die Technik hat gepflegt, die FeO und TiO2 Konzentrationen zu bestimmen. An jeder Seite haben sie eine Gruppe von neun Pixeln von Clementine im Durchschnitt betragen, ein Gebiet über die Größe der Kreise machend. Die ausfallenden Positionen sind in den Zentren jedes Kreises.

 

Blewett und seine Mitarbeiter haben eine Datenbasis von chemischen Analysen von Regolith Mondproben gesammelt, und haben dann Clementine geisterhafte Daten verwendet, um zu beschließen, dass die Rahmen wie der Winkel in den Diagrammen oben, gepflegt haben, FeO und TiO2 Konzentrationen zu berechnen. Sie haben diese Rahmen gegen die wirklichen Konzentrationen, wie bestimmt, von den zurückgegebenen Proben geplant. Um die Daten zu optimieren, haben sie die Türangel-Punkte auf ihren geisterhaften Diagrammen angepasst, um die Korrelation des Parameters mit wirklichem FeO oder TiO2 Konzentration zu verbessern. Die resultierenden Korrelationen sind besonders für FeO ausgezeichnet.

Die Streuung über die Linien bei diesen Diagrammen zeigt eine Unklarheit im Maß von FeO von ungefähr 1 wt. % an, und eine Unklarheit in TiO2 von 1.1 wt. %. Die Unklarheiten bedeuten, dass Maße, wenn entweder FeO oder TiO2 relativ niedrig sind, weniger als 2 wt. % sagen, sind nicht sehr genau. Zum Beispiel, eine offenbare FeO Konzentration von 1 wt. % konnte einem wirklichen Inhalt von FeO zwischen 0 und 2 wt. % entsprechen. Die Streuung für TiO2 ist mehr bei Konzentrationen weniger als einiges Prozent. Lucey und Blewett glauben, dass das angezeigt sein könnte, dass die Schwankung des Titan-Parameters mit der Konzentration nicht geradlinig sein kann; stattdessen kann die Korrelation besser durch eine gekrümmte Linie, aber nicht gerade eine passende sein.

Diese sorgfältige Verbesserung könnte nicht getan worden sein, wenn wir Mondproben in unseren Laboratorien auf der Erde nicht hatten, und genau gewusst haben, wo auf dem Mond die Proben gesammelt wurden.

Das Verwenden von FeO und TiO2 Maßen

Warum Blewett, Lucey und ihre Partner haben sich die Mühe gemacht? Die Antwort ist einfach: FeO und TiO2 Inhalt der Mondoberfläche enthalten Hinweise dazu, wie sich der Mond, das Ausmaß seines anfänglichen Schmelzens, die Zusammensetzungen seiner Lava-Flüsse, die Mechanismen der Krater-Bildung und anderen interessanten Seiten der Mondgeschichte geformt haben. Sie wenden ihrem Kompositionswerkzeug auf diese Probleme an, aber die meisten jener Ergebnisse werden noch nicht veröffentlicht. Wenn sie sind, werden die Ergebnisse in PSR Discoveries berichtet. Für jetzt sind hier die Umrisse von einigen ihrer Entdeckungen, die auf dem Vertrieb von FeO auf dem Mond gestützt sind.

Die FeO Konzentration auf der Mondvorderseite- (oberstes Bild) und Rückseite (unterstes Bild) werden in diesen Images angezeigt, die von Clementine Daten und der FeO Technik vorgenommen sind. Maria befinden sich auf dem linken Bild offensichtlich, dargestellten in rot und gelb. Auf dem rückseiten Bild gibt es einen großen grünen Klecks, der die enorme Südwaschschüssel des Pols-Aitken, ein Einfluss-Krater 2500 km darüber kennzeichnet. Es hat höheres Eisen als seine Umgebungen wahrscheinlich weil es die niedrigere Kruste und den Mantel umgegraben hat, die wahrscheinlich in FeO höher sind als die Hochländer. (Bildvergrößerung)

Die meisten Rückseite und die Hochlandteile der Vorderseite sind in FeO relativ niedrig. Lucey und Mitarbeiter haben in der 1995-Zeitung behauptet, dass dieses angedeutete ziemlich reichliche Aluminium im Mond (in Mondfelsen niedrige Eisenkorrelate mit hohem Aluminium, d. h. Felsen mit niedrigerem Eisen dazu neigen, höheres Aluminium zu haben). Tatsächlich haben sie ihre Maße verwendet, um abzuleiten, dass der Mond mehr Aluminium enthält als die Erde, die Spaltung und Hypothesen des binären Planeten für den Ursprung des Monds ausschließend. In der Spaltung spinnt die primitive Erde schnell, und ein Tropfen wird abgeworfen, den Mond bildend. Diese Theorie deutet an, dass die felsigen Teile der Erde und des Monds dieselben chemischen Zusammensetzungen besitzen. In der binären Planet-Hypothese formt sich der Mond in der Bahn um die wachsende Erde als ein Zwei-Gegenstände-System vom Anfang. Da beide wachsenden Körper durch dasselbe Material gefüttert würden, deutet diese Idee auch an, dass die Zusammensetzung der Erde und des Monds dasselbe ist. Noch im Laufen ist die Idee, dass sich der Mond als das Ergebnis des Einflusses mit der wachsenden Erde eines Gegenstands die Größe des Mars oder größer, die so genannte Hypothese des riesigen Einflusses geformt hat. In dieser Idee wird der größte Teil des Monds aus Klötzen der riesigen Kugel gebildet, die wahrscheinlich eine verschiedene Zusammensetzung als die Erde haben wird.

Felsen von den Mondhochländern sind relativ niedrig in FeO und hoch in Aluminium, das größtenteils im Mineral Plagioklase Feldspat vorkommt. Tatsächlich einige Felsen genannt Anorthosit, enthalten fast nichts als Plagioklase. Das hat einige Wissenschaftler angeregt vorzuschlagen, dass sich die Hochlandkruste am Anfang von einer Erdball umgebenden Schicht des geschmolzenen Felsens, des Mondmagma-Ozeans geformt hat, in dem Plagioklase schwammen und dichtere Minerale gesunken sind.

 

Die Idee vom Magmaozean ist ein Hauptthema in der Mondwissenschaft, und ist auf andere Planeten und einige Asteroiden angewandt worden, aber es ist nicht eine bewiesene Theorie. Wie wissen wir, dass alle Hochländer in Plagioklase (folglich hoch in Aluminium und niedrig in FeO) bereichert werden? Immerhin haben wir Proben von nur einigen Plätzen. Jetzt in gewisser Hinsicht haben wir Proben vom kompletten Mond in der Form der Daten von Clementine. Das FeO Image anzeigt, dass die meisten Hochländer sind, wie die Magma-Ozeanhypothese, niedrig in FeO, und folglich wahrscheinlich hoch in Aluminium voraussagt. Also, es ist wahrscheinlich, dass als sich der Mond geformt hat, wurde durch einen Ozean des Magmas umgeben, und die Existenz dieses riesigen Magmakörpers kann sich auf die Details dessen beziehen, wie der Mond nach dem riesigen Einfluss gesammelt wurde, der es gebildet hat.

Aber das ist noch nicht alles, hat man von einigen Proben des Mondschmutzes und das widerspiegelte Licht des Monds herausgefunden!

Zusätzliche Referenzen – Links öffnen in einem neuen Fenster

Blewett, D. T., P. G. Lucey, B. R. Hawke, and B. L. Jolliff, 1997, Clementine images of the lunar sample-return stations: Refinement of FeO and TiO2 mapping techniques. Journal of Geophysical Research, Band 102, S. 16,319-16,325.

Lucey, P. G., D. T. Blewett, and B. R. Hawke, 1997, Mapping the FeO and TiO2 content of the lunar surface with multispectral imagery. Journal of Geophysical Research, in press. Updated reference details: published in 1998

J. Geophys. Res.,v. 103, no. E2, p. 3679.

Lucey, P. G., G. J. Taylor, and E. Malaret , 1995, Abundance and distribution of iron on the Moon. Science, Band 268, S. 1150-1153.

Spudis, Paul D., 1996, The Once and Future Moon, Smithsonian Institution Press, S. 308

Taylor, G. J., 1994, The scientific legacy of Apollo.Scientific American, Band 271, S. 40-47.

Clementine Bilder über der Mond am Lunar and Planetary Institute.

Exploring the Moon, Web-Ressource aus der Lunar and Planetary Institute.