Ontplofte sterren laten sporen na op de maanbodem

Deze wolken zijn de restanten van supernova Cygnus Loop. Credit: Johan Bonne

Beeld: Johan Bonne

Het starre landschap van de maan ligt erbij als een dooie boel. Maar toch kan het er wild aan toe gaan. De maan wordt continu bestookt door meteorieten, van fijn gruis tot grotere rotsblokken. ‘Het stof dat op het maanoppervlak ligt, het ‘regoliet’, wordt bij elke inslag door elkaar gemixt’, zegt planetair geoloog Fien Jonckheere, die voor haar doctoraat aan de VUB meewerkt aan het FLUX-project dat de instroom van buitenaards materiaal naar de aarde door de tijd heen onderzoekt. ‘Zo komt het maanstof dat aan het oppervlak lag dieper in de bodem terecht en vice versa.’

Tuinieren?

Er is een leuke naam voor het continu ondersteboven keren van het maanregoliet: impact gardening of regolith gardening. Het regoliet zelf is ontstaan door de stroom aan meteorieten, en door de zonnewind en kosmische straling die inbijten op het maanoppervlak. Kortom, de steenachtige bodem is volledig vergruisd tot een stoftapijt. Daarom waren de moonwalkers überhaupt in staat hun wereldberoemde voetafdrukken in het maanstof achter te laten.

De maan wordt ook blootgesteld aan gebeurtenissen buiten het zonnestelsel zoals ontploffende sterren of supernova’s. Als een stuiptrekkende ster zichzelf opblaast, slingert ze haar materie het heelal in. Een enorme wolk vol deeltjes verspreidt zich razendsnel door de ruimte. Het sterrenstof bereikt uiteindelijk ook ons zonnestelsel, de aarde en de maan. ‘In feite komen heel wat elementen waaruit de aarde bestaat oorspronkelijk uit supernova’s,’ licht Jonckheere toe, ‘denk maar aan zware elementen zoals ijzer en nikkel.’

IJzer uit supernova’s komt in een zwaardere, radioactieve vorm: ⁶⁰Fe of ijzer-60. Op aarde komt dit radioactieve isotoop niet meer voor sinds het ontstaan van onze planeet, omdat het na enkele miljoenen jaren vervalt tot nikkel. Als we vandaag radioactief ijzer terugvinden op aarde, zoals in laagjes diepzeesediment, hebben we te maken met de vingerafdruk van een kosmische gebeurtenis.

Tijdscapsule

‘Aan de hand van diepzeesediment kunnen we echter maar tot enkele miljoenen jaren terug in de tijd kijken. De zeebodem wordt namelijk herwerkt door platentektoniek en erosie. Op de maan gebeurt dat niet. Stof en puin, eventueel met isotopen zoals ijzer-60, blijven er veel langer liggen.’ De maanbodem vertelt ons iets over pakweg de laatste 100 miljoen jaar ruimtegeschiedenis, of zelfs meer. ‘Precies daarom fungeert de maanbodem als tijdscapsule voor kosmische events.’

Maar terwijl diepzeesediment in nette laagjes ligt opgestapeld in een rustige omgeving, maakt regolith gardening er op de maan een soep van. De maanbodem is eigenlijk een geschiedenisboek waarvan de bladzijden door elkaar zijn gehaald.

Om die bladzijden te ordenen heeft een team wetenschappers van de Universiteit van Hawaii een nieuw wiskundig model bedacht dat regolith gardening ontwart. Daarvoor gebruikten ze bestaande meetgegevens van de Apollomissies.

‘De kraters van de maan ontstonden door twee soorten inslagen: primaire meteorietinslagen en secundaire inslagen,’ vertelt materiaalkundige Claire Perfetti die bij het CREST (Centre for Research and Engineering in Space Technologies) werkt aan nieuwe toepassingen voor extreme omgevingen zoals het maanoppervlak. Een primaire inslag verbrijzelt maanmateriaal en werpt het op. Deze ‘ejecta’ vallen opnieuw neer en veroorzaken kleinere (secundaire) inslagen.

Credit: Johan Bonne

‘In andere modellen wordt de vermenging door impacts voornamelijk beschouwd als willekeurig of ‘diffuus’. Het nieuwe model gaat een stapje verder. Het houdt rekening met verschillende kenmerken van de inslagen, met name het onderscheid tussen primaire en secundaire inslagen en hun grootteverdeling. Het toont aan dat impact gardening niet alleen het regoliet flink vermengt, maar ook maanwijd een verticale verplaatsing van materiaal veroorzaakt. Door beide effecten te integreren kunnen de onderzoekers beter voorspellen hoe sterrenstof dat miljoenen jaren geleden op het maanoppervlak is neergeregend zich over de diepte herverdeelt. Het tijdstip en de aard van kosmische gebeurtenissen kunnen dan op een tijdlijn worden geplaatst.’

Artemis

Het model werd getoetst aan gegevens van Apollo-boorkernen en aan diepzeemetingen. Het leverde verrassend goede resultaten en kan processen die tientallen tot honderden miljoenen jaren geleden plaatsvonden, reconstrueren.

Dit onderzoek zal waardevol blijken voor de Artemis-missie die stukjes van de maan zal meebrengen. ‘Het maanregoliet bevat een uniek archief,’ bevestigt Perfetti. ‘Nieuw maanmateriaal, zoals boorkernen en stalen afkomstig van verschillende breedtegraden op de maan, zullen helpen om hypothesen te testen over de geschiedenis van ons zonnestelsel en onze directe kosmische omgeving.’