Trazando el orígen de un crater masivo multianillo

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Esta imagen muestra anomalías gravitacionales  y un relieve topográfico sombreado de 930 km de diámetro de la cuenca de impacto Orientale de la Luna. El color rojo corresponde a excesos de masas y el azul a los déficits en masa con relación a un valor de referencia. Este modelo del campo gravitatorio, basado en medidas adquiridas por la misión  GRAIL de la NASA, muestra la estructura detallada de la depresión central de la cuenca llena de basaltos  densos, así como los anillos que se formaron debido al colapso gravitacional de la cavidad del cráter inicial poco después del impacto.
Image: Ernest Wright / NASA / GSFC Scientific Visualization Studio.
Los científicos del MIT junto a los de otras instituciones han reconstruido la colisión extrema que creó uno de los cráteres más grandes de la Luna, hace 3,8 mil millones de años. El equipo ha recreado la respuesta dramática de la Luna en las primeras horas tras el impacto masivo, e identificado los procesos por los cuales las grandes cuencas, multi-anillo pueden formarse como consecuencia de este tipo de eventos.
Los resultados, publicados hoy en dos artículos en la revista Science , pueden arrojar luz sobre cómo los impactos gigantes dieron forma a la evolución de la Luna, e incluso a la vida en la Tierra, poco después de que se formaron los planetas.
Los resultados del equipo corresponden a la Cuenca Oriental (Mar Oriental) de la Luna, la extensa depresión en forma de ojo  de toro en el extremo sudoeste de la Luna, apenas visible desde la Tierra. La cuenca (mar) está rodeada por tres anillos concéntricos de roca, el más grande de 580 millas (928 km) de diámetro – alrededor de tres veces más ancho que el estado de Massachusetts. Hasta ahora, no ha estado claro de qué manera se materializaron las cuencas masivas de anillos múltiples .
Utilizando los datos recogidos por la misión (GRAIL) (Gravity Recovery Interior Laboratory) “Laboratorio Interior y de Recuperación de Gravedad”  de la NASA, los investigadores determinaron que la cuenca de 3,8 mil millones de años de edad,  fue creada por un gran impactador que marcó un cráter inicial, transitorio en la superficie lunar, que midía hasta 285 millas (456 km) de diámetro, casi tan ancho como el estado de Nueva York.
Este impacto, según los cálculos de los  investigadores, lanzó a volar  al menos 816.000 millas cúbicas (3.34 millones de kilómetros cúbicos) de  corteza lunar pulverizada,  a partir del sitio del impacto – una cantidad equivalente a 135 veces el volumen combinado de los Grandes Lagos.
El material expulsado, que el equipo de modelado recreó en simulaciones por ordenador, se levantó como una ola, y luego se desplomó a la superficie lunar, creando fallas gigantes a través de toda la corteza y formando dos paredes concéntricas de roca en la superficie, cada una de varios kilómetros de altura . La mayor parte de la acción, de acuerdo con las simulaciones, se produjo apenas en  un par de horas.
Si tales impactos masivos y violentos estaban golpeando a la Luna,  lo mismo, si no más, le sucedió a la Tierra, dice María Zuber, vicepresidente para la investigación y  “Griswold Profesor” de Geofísica de EA (Earth, Atmospheric and Planetary Sciences) en el MIT.
“Lo interesante es, esto ocurrió en el momento en que las primeras formas de vida estaban empezando a surgir en la Tierra”, dice Zuber, quien es la investigadora principal de GRAIL y autora principal de uno de los papeles publicados en la revista Science. “Estos enormes  impactos, probablemente provocaron, la esterilización de la superficie, y Dios sabe cuántas veces la vida naciente puede haber comenzado y se detuvo y tuvo que empezar de nuevo. Es increíble cómo eran estos impactos catastróficos “.
Aquí se muestra la animación más realista del  colapso del cráter Oriental y la formación  de los anillos. Los colores indican la temperatura del material de la corteza, caliente en rojo y el  material más frío, en azul. Durante un poco más de 2 horas, la animación muestra la superficie inicialmente fría de la luna, que responde a un impacto muy grande. Al instante, la energía de la colisión calienta el material más cercano al impacto, y la corteza hace oleadas de más de 100 km por encima de la superficie lunar, antes de caer de vuelta. El material pulverizado oscila hacia arriba y hacia abajo durante 2 horas antes de establecerse en el patrón de la cuenca de hoy en día. (Cortesía de los investigadores. La animación ha sido acelerada.)
Volando a baja altura
Los resultados del equipo se basan en mediciones del campo de gravedad tomadas por las nave gemelas de GRAIL, que orbitaron la Luna desde Enero hasta mediados de Diciembre del 2012. En los últimos días de la misión, las sondas GRAIL fueron programadas para volar sobre la cuenca Orientale, a una altitud de sólo 1,2 millas (1.92 km)por encima de los anillos de la cuenca – incluso más baja que la altura a la que vuelan los aviones comerciales sobre la Tierra. Volando tan cerca de la superficie, las sondas fueron capaces de tomar mediciones del campo de gravedad de la cuenca con alta resolución espacial,  proporcionando a los científicos un mapa preciso de la distribución de la masa interior de la Luna allí.
Zuber, que dirigió la misión y condujo la planificación de la ruta de las sondas ‘, señala que la cuenca Orientale es la gran cuenca de impacto mejor conservada de la Luna, habiendo sido sometida a muy poca transformación desde que se formó. Por esta razón, la cuenca se considera un muestra relativamente prístina de lo que la Luna y la Tierra experimentaron durante un período en el que el Sistema Solar estaba dominado por grandes impactos catastróficos.
“Lo interesante es que, si se mira hacia la Luna, y se ven todos esos cráteres,  la Tierra en aquel momento lucía igual –  pasó por una historia de bombardeo  muy similar”, dice Zuber.”Al tratar de reconstruir las condiciones ambientales extremas que existieron durante este período de tiempo, tenemos una ventana más clara en el pasado mediante el estudio de las cuencas en la Luna, ya que el registro de esos impactos no se conserva en la Tierra.”
Impacto medido
En uno de los dos papeles en Science , Zuber y sus colegas analizaron las mediciones de campo de gravedad de GRAIL y fueron capaces de resolver un misterio fundamental, a saber, el tamaño y la ubicación del cráter transitorio de la cuenca, que es la depresión inicial creada cuando un asteroide impacta y ejecta material de la superficie lunar. En impactos más pequeños, el cráter transitorio se conserva en gran medida. Pero en grandes colisiones, el cráter transitorio colapsa debido a la pérdida de resistencia de la corteza en el lugar del impacto, borrando cualquier indicio del tamaño del impactador.
En el caso de la Cuenca Oriental, muchos científicos habían pensado que uno de sus tres anillos podría representar el cráter transitorio. Sin embargo, las nuevas mediciones de campo de gravedad de la cuenca muestran que el cráter transitorio puede haber estado en algún lugar entre los dos anillos interiores, y abarca alrededor de 200 a 300 millas (320 a 480 km) de diámetro. Por el tamaño del cráter transitorio, el equipo estima que el impacto inicial lanzó aproximadamente 816.000 millas cúbicas de corteza lunar. La señal de la gravedad también mostró que existen dos fallas enormes debajo de dos anillos exteriores de la cuenca.
“Uno de los resultados muy interesantes en este trabajo es, que los dos anillos exteriores de las cuencas corresponden a fallas masivas”, dice Zuber. “Y hemos sido capaces de detectar que estos defectos parecen haber penetrado completamente a través de la corteza y en el manto.”
Haciendo un ojo de buey
En el segundo artículo, dirigido por Brandon Johnson, ex post-doctorado del MIT en el grupo de Zuber y ahora un profesor asistente en la Universidad de Brown, el equipo creó una simulación por ordenador para reconstruir las primeras horas tras el impacto inicial que creó la cuenca Orientale. El equipo llevó a cabo la simulación varias veces, con distintas condiciones, hasta que la cuenca  final y sus anillos concéntricos coincidieron con las observaciones hechas por GRAIL.
Sobre la base de estas simulaciones, el equipo estimó que la cuenca fue tallada por un objeto de 40 millas de ancho que chocó con la Luna a aproximadamente a 9 millas por segundo (14. 4 km/s) , o 32.400 millas por hora (51840 km/hora). El impacto pulveriza la corteza subyacente, y la propagación y  posterior descarga de la onda de choque causa el levantamiento del material que , a continuación, cae violentamente de vuelta hacia abajo, salpicando de un lado a otro de una forma similar a la de una onda durante las próximas dos horas. El material finalmente se estableció de nuevo en la superficie en el patrón de los dos anillos más externos de la cuenca, cada uno elevándose varios kilómetros de altura. Todo este proceso borra cualquier rastro del cráter inicial.
Las simulaciones demostraron que anillo más interno de la cuenca se formó por un proceso diferente. Mientras que los impactos más pequeños pueden hacer fluir el material en un cráter hacia el interior, formando un montículo en el medio, el montículo central de Orientale era tan grande que era inestable. El material se derrumbó, formando el anillo más interno de la cuenca.
“En última instancia, lo que esto nos dice es que la historia temprana de los planetas y la vida en el momento en que se desarrolla en la Tierra, ocurría en un ambiente extraordinariamente hostil”, dice Zuber. “Hubo eventos energéticos extremos,  que produjeron condiciones ambientales muy difíciles. Tal vez por eso la vida es tan tenaz como lo es, porque las formas de vida de alguna manera se desarrollaron en el momento posterior a estos eventos catastróficos. Eranbichos  pequeños y duros  “.
Esta investigación fue apoyada por el Programa de Descubrimiento de la NASA. Los autores  en el MIT incluyen a David Smith, Katarina Miljković, y Jason Söderblom.
Fuente: MIT .        Atículo original: “Retracing the origins of a massive, multi-ring crater”.
Material relacionado:

Sobre GRAIL:

  • GRAIL, NASA, la página oficial de la misión.
  • GRAIL, Earth Observation Portal Directory. Una excelente recopilación de todas los detalles de la misión asi como de los resultados de la misma.
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El relato de los hallazgos acerca de la Cuenca Oriental por el JPL y por  la Universidad Brown:
Los grandes cráteres de impacto en la Luna así como en los otros cuerpos del Sistema Solar son el resultado del episodio que se conoce como ” Bombardeo Pesado Tardío” (Late Heavy Bombardment):
Papers:
Cráteres de Impacto :
Cráteres de Impacto en la Luna:
Impactos en la Tierra y Futuras Amenazas:
Grandes Cráteres de Impacto en el Sistema Solar:
Programas de búsqueda de NEOs:
Programas de seguimiento de NEOs:
Asteroid Radar Research Page (Jet Propulsion Laboratory) 
https://www.lpl.arizona.edu/css/ (Catalina Sky Survey)
https://pirlwww.lpl.arizona.edu/spacewatch/ (Spacewatch)
https://pan-starrs.ifa.hawaii.edu/public/ (Pan-STARRS)
https://www.mro.nmt.edu (Magdalena Ridge Observatory)
https://www.astro-research.org (Astronomical Research Institute)
https://www.webalice.it (New Millennium Observatory)
https://echo.jpl.nasa.gov (JPL radar observation activities)
EUNEASO (European NEO Search & Followup)
Klet Observatory (Czech Republic)
Australian Spaceguard Survey
Spaceguard Canada
Spaceguard Croatia
DLR-Archenhold Near Earth Objects Precovery Survey (DANEOPS)
Spaceguard Foundation (Italy)
Spaceguard UK
UESAC (Uppsala-ESO Survey Of Asteroids And Comets)
Camarillo Observatory
Asteroid Search – Chabot Space & Science Center
EUROpean Near Earth Asteroid Research (EURONEAR)
IMPACTON – Mapping Initiative and Research on NEAs, Brasil
Programa de Observación Lunar Pro-Am:
LIADA, Observación Lunar
Libros:
Videos:

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