Desde que os primeiros satélites foram enviados à Lua para explorar locais de pouso para os astronautas da Apollo, os cientistas notaram um fenômeno peculiar: Como estas sondas orbitou a Lua, passando por algumas crateras e bacias de impacto, que desviou periodicamente fora do curso, caindo em direção ao lunar superfície antes de puxar de volta.

Como se vê, a causa de tais órbitas irregulares foi a própria lua: Ao longo dos anos, os cientistas observaram que a gravidade é mais forte em algumas regiões do que em outros, criando uma "irregular" campo gravitacional. Em particular, um punhado de bacias de impacto apresentam inesperadamente forte atração gravitacional. ” Os cientistas suspeitam que a explicação tem a ver com uma distribuição excesso de massa abaixo da superfície lunar, e chamaram essas concentrações em massa regiões, ou "mascons".
Exatamente como esses mascons veio a ser permaneceu um mistério - até agora.
Usando dados de gravidade de alta resolução de Recuperação da Gravidade da NASA e Interior Laboratory missão (GRAIL), pesquisadores do MIT e da Universidade de Purdue mapeou a estrutura de vários mascons lunar e descobriu que seus campos gravitacionais se assemelhar a um padrão de olho de boi: um centro de forte, ou positivos, a gravidade cercado por anéis de gravidade negativa e positiva alternada.
Para descobrir o que causou esse padrão gravitacional, a equipe criou simulações de impactos lunares, juntamente com as suas repercussões geológicas na crosta e manto da lua, tanto a curto e longo prazo. Eles descobriram que as simulações reproduziram o padrão de olho de boi em apenas um cenário.
Quando um asteróide bate na lua, ele envia o material voando para fora, criando uma faixa densa de detritos em torno do perímetro da cratera.  O impacto envia uma onda de choque através do interior da lua, reverberando dentro da crosta e produzindo uma counterwave que atrai material denso do manto lunar para a superfície, criando um centro denso dentro da cratera. Depois de centenas de milhões de anos, a superfície esfria e relaxa, criando um alvo que corresponde padrão gravitacional de hoje.
Esta cadeia de eventos provavelmente tumultuado deu lugar a mascons lunares de hoje, diz Maria Zuber, a EA Griswold Professor de Geofísica no departamento do MIT da Terra, Ciências Atmosféricas e Planetárias.
"Pela primeira vez, temos uma compreensão holística do processo que forma mascons", diz Zuber, que também é investigador principal do GRAIL, e vice-presidente do MIT para a pesquisa.  "Haverá mais detalhes que emergem com certeza, mas a qualidade dos dados GRAAL permitiu um rápido progresso sobre esta questão de longa data."
Zuber e seus colegas publicaram seus resultados esta semana na revista Science.

O mapeamento de uma viagem atribulada

De janeiro a dezembro de 2012, as sondas gêmeas do Graal, fluxo e refluxo, orbitou em conjunto ao redor da lua, o mapeamento de seu campo gravitacional, medindo a distância variando entre si - uma indicação em tempo real da força de atração gravitacional da lua. Como as sondas ficaram mais perto da superfície da Lua até o final da missão, Zuber lembra, os engenheiros tiveram de ajustar as órbitas das sondas para neutralizar o cabo de mascons lunares.
"Como o campo de gravidade da Lua é tão acidentado, que iria colocar as duas espaçonaves em órbita circular, e as órbitas elípticas tornou-se imediatamente, porque a nave espacial ficou puxou para fora de sua órbita", disse Zuber. ” "Nós estávamos sempre dentro de uma semana de deixar de funcionar."
Apesar da ameaça iminente de impacto, as sondas reuniram medições de alta resolução, que Zuber eo time ciência GRAIL, desde então, traduzidos em mapas gravitacionais detalhadas.  Estes mapas também deu aos cientistas medições precisas da espessura da crosta lunar em qualquer região da lua, que de Purdue Jay Melosh integrado simulações de impacto.
Melosh simulou o processo de impactos lunares em duas bacias de tamanho similar no lado mais próximo da Lua - um com depósitos de lava, o outro sem. Melosh alimentou a crustal espessuras de ambas as bacias no modelo, em seguida, correu a simulação para ver como o mesmo impacto afetaria cada região.
Segundo as medições do GRAIL, a bacia contendo depósitos de lava centrais tiveram uma crosta mais fina do que a outra bacia.  Depois de executar suas simulações, os pesquisadores descobriram que o impacto havia criado um padrão de olho de boi gravitacional na primeira bacia, mas não o segundo - previsões que combinavam com as medições do Graal.

  Fazendo um impacto

Por que a diferença de assinaturas gravitacionais? A resposta, o grupo encontrado, residia na espessura da crosta no momento do impacto: Impactos às regiões com mais fina crosta fazer mais danos, enviando facilmente ondas de choque para a mais densa, subjacente manto - o qual, por sua vez, extrai o material mais denso para a superfície , criando uma mascon.  As regiões com mais espessa crosta, pelo contrário, são mais resistentes a impactos e convulsão interna.
"As grandes impactos acontecem em segundos a horas", diz Zuber. “"O processo de como a crosta se resfria e se recupera de um evento tão devastador, que é centenas de milhões de anos. Então, nós vamos correr esses modelos ao longo do tempo até que a superfície se resfria e relaxa. ” Então, o que você é deixado com a gravidade de hoje. "
Os resultados das simulações do grupo corresponde precisamente medições de gravidade real do Graal, dando aos cientistas a confiança de que o cenário de impacto simulado é de fato o que formou as mascons lunares.
Enquanto a maioria dos cientistas concorda que mascons da Lua provavelmente surgiu a partir de grandes impactos, Laurent Montesi, professor de geologia na Universidade de Maryland, disse que os processos precisos que levaram à formação dos mascons tem sido um mistério desde a sua descoberta há 45 anos .
"Este trabalho propõe, finalmente, uma resposta a este enigma de longa data, incluindo uma ao fim start modelo de formação mascon", diz Montesi, que não contribuiu para esta pesquisa. "Agora está claro que os processos geológicos que ocorrem ao longo de milhões de anos são necessários para transformar a estrutura produzida imediatamente pelo impacto em um mascon.” É notável o quão bem os modelos no papel reproduzir as estruturas observadas. "
Zuber diz que saber o que deu origem a mascons lunares podem nos ajudar a compreender a evolução da lua, bem como outros planetas. Os mascons provavelmente formaram-se  durante um período conhecido como Bombardeio Pesado Tardio, quando o sistema solar no início sofreu uma blitz de colisões interplanetárias. A Terra pode ter sofrido ainda mais impactos do que a Lua, embora as crateras resultantes já foram apagadas pela erosão e placas tectônicas. Estudar as repercussões de impactos sobre a lua, portanto, pode oferecer pistas sobre as origens da Terra.
"Este foi um momento muito inóspito para estar na superfície de um planeta", diz Zuber. "O fim da cauda desse processo é que os primeiros organismos unicelulares surgiram na Terra.  Então, sabendo que o efeito dos impactos foi sobre o estado térmico de um planeta que no início nos diz sobre as condições extremas em que a vida na Terra pegou ".