Επεξήγηση των φωτεινών γραμμών της Σελήνης
Κοιτάζοντας τη Σελήνη, μπορεί να παρατηρήσετε ότι διασταυρώνεται από φωτεινές ραβδώσεις που προέρχονται από μερικούς από τους νεότερους κρατήρες που καλύπτουν την επιφάνεια. Αυτές είναι γνωστές ως ακτίνες κρατήρα και μπορούν να βρεθούν σε πολλά πλανητικά σώματα, όπως η Σελήνη, ο Άρης, ο Ερμής και αρκετοί παγωμένοι δορυφόροι. Δεδομένου ότι οι ακτίνες ανατρέχουν σε έναν κρατήρα, φαίνεται λογικό ότι κατασκευάστηκαν από υλικό που ανατινάχθηκε έξω από τον κρατήρα, που ονομάζεται εκτίναξη, το οποίο στη συνέχεια έπεσε πίσω στην επιφάνεια σε κάποια απόσταση. Στην περίπτωση του κρατήρα Tycho, οι ακτίνες του τυλίγονται γύρω από ολόκληρη την επιφάνεια της Σελήνης.
Τα μήκη των ακτίνων του κρατήρα στη Σελήνη μετρήθηκαν για πρώτη φορά από τον Ralph Baldwin, έναν εξέχοντα αστρονόμο που έγινε πλανητικός επιστήμονας, στο βιβλίο του το 1963, The Measure of the Moon . Αυτές οι μετρήσεις μήκους ακτίνων έγιναν με το Ranger VII (το πρώτο διαστημικό ανιχνευτή των ΗΠΑ που απαθανάτισε κοντινές εικόνες της Σελήνης), χρησιμοποιώντας εικόνες που είναι περίπου 300 μέτρα ανά pixel (m/px για συντομία). Λίγο αργότερα, το 1974, ο Henry Moore του Γεωλογικού Ινστιτούτου των ΗΠΑ ταίριαξε μια εξίσωση σε αυτές τις μετρήσεις, αλλά φαινομενικά παρεξήγησε το μέτρο του Baldwin για τη διάμετρο ολόκληρου του συστήματος ακτίνων που περιβάλλει τον κρατήρα για το μήκος μιας μεμονωμένης ακτίνας, οδηγώντας σε μια υπερβολική πρόβλεψη του μήκους της ακτίνας που διατηρήθηκε για δεκαετίες.
Η εξίσωση μήκους ακτίνας από τον Moore ήταν απλώς κατάλληλη για δεδομένα παρατήρησης. Δεν έγινε καμία προσπάθεια να γίνει κατανοητή η διαδικασία με την οποία αυτές οι ακτίνες σχηματίστηκαν σε κιβώτια. Επιπλέον, ο μικρότερος κρατήρας που μετρήθηκε από τον Baldwin είχε διάμετρο περίπου 3 χιλιομέτρων. Αυτή η εμπειρική προσαρμογή μπορεί να μην ισχύει για μικρότερους κρατήρες, οι οποίοι είναι πολύ περισσότεροι από τους κρατήρες μεγέθους χιλιομέτρων. Αυτοί οι μικροί κρατήρες μπορεί να παίζουν σημαντικό ρόλο στη μετακίνηση υλικού στη Σελήνη.
Για να εξηγήσουμε καλύτερα τη μεταφορά υλικού στην επιφάνεια της Σελήνης, ξεκινήσαμε να βελτιώσουμε τη μέτρηση των μηκών ακτίνων πολλών κρατήρων, ειδικά μικρότερων κρατήρων που δεν είναι εύκολα ορατοί με παρατηρήσεις της δεκαετίας του 1970, προκειμένου να περιοριστεί καλύτερα η σχέση μεταξύ του μεγέθους του κρατήρα σε μια απόσταση ακτίνας. Χρησιμοποιώντας εικόνες 100 m/px και 0,50 m/px (αρκετά η βελτίωση σε σχέση με την τεχνολογία της δεκαετίας του 1970), χαρτογραφήσαμε 27 συστήματα ακτίνων κρατήρων και πάνω από 300 μεμονωμένες ακτίνες. Βρήκαμε ότι η νέα μας μέτρηση των ακτίνων αντιστοιχούσε αρκετά καλά με τις μετρήσεις του Baldwin για τα μήκη ακτίνων από μεγαλύτερους κρατήρες πριν από περισσότερα από 50 χρόνια και επιβεβαίωσε ότι οι ακτίνες μεγαλώνουν αναλογικά με την αύξηση του μεγέθους του κρατήρα:ένας κρατήρας πλάτους 100 μέτρων μπορεί να έχει ακτίνες 10 φορές το μέγεθος του κρατήρα, αλλά ένας κρατήρας πλάτους 1.000 μέτρων διαθέτει ακτίνες που είναι 15 φορές το μέγεθος του κρατήρα. Με πιο σύγχρονες εικόνες σεληνιακού διαστημικού σκάφους, μπορέσαμε να προσδιορίσουμε ότι πολύ μικροί κρατήρες (<100 μέτρα σε διάμετρο) είχαν ακτίνες αναλογικά πολύ μεγαλύτερες από τους μεγαλύτερους κρατήρες. Αυτή είναι η αντίθετη τάση από αυτή που προβλέπει ο Moore, στην οποία οι ακτίνες γίνονται αναλογικά μεγαλύτερες με την αύξηση του μεγέθους του κρατήρα. Αυτό μας οδηγεί στο συμπέρασμα ότι μικροί και μεγάλοι κρατήρες υφίστανται διαφορετικές διεργασίες εκτίναξης.
Οι κοντινές λήψεις ακτίνων σε υψηλή ανάλυση αποκαλύπτουν ότι είναι ένα σύμπλεγμα δευτερευόντων κρατήρων που σχηματίστηκαν από την ίδια την εκτίναξη. Προς τις άκρες και το τέλος των ακτίνων, η πυκνότητα αυτών των δευτερευόντων κρατήρων, και επομένως η κατανομή του εκτοξευόμενου υλικού, λεπταίνει μέχρις ότου δεν μπορεί να διακριθεί από το σεληνιακό υπόβαθρο. Δεδομένου ότι τόσο οι δευτερεύοντες κρατήρες όσο και οι περιβάλλουσες κουβέρτες εκτίναξης είναι φωτεινοί, υποθέτουμε ότι αυτοί οι δευτερεύοντες κρατήρες ανασκάπτουν φωτεινό υλικό θαμμένο κάτω από τη σκοτεινή επιφάνεια της Σελήνης. Έχει ήδη διαπιστωθεί ότι η επιφάνεια της Σελήνης σκουραίνει με την πάροδο του χρόνου σε μια διαδικασία που ονομάζεται «διαστημική καιρική», λόγω της έντονης ακτινοβολίας και των επιπτώσεων πολύ μικροσκοπικών κόκκων σκόνης. Αυτή η διαστημική διάβρωση έχει δημιουργήσει ένα λεπτό σκοτεινό στρώμα στην επιφάνεια του φεγγαριού. Το φωτεινό υλικό που φαίνεται στις ακτίνες έρχεται σε πλήρη αντίθεση με το σκούρο σεληνιακό φόντο. Όταν το βλέπουμε από απόσταση, το πεδίο των κρατήρων εμφανίζεται ως ένα φωτεινό κομμάτι, δημιουργώντας τις ορατές ακτίνες που βλέπουμε. Αυτό το συμπέρασμα είναι συνεπές με τις παρατηρήσεις ότι οι ακτίνες των κρατήρων είναι ιδιαίτερα πιο ορατές για τους νεότερους κρατήρες.
Στη συνέχεια ξεκινήσαμε να αναπτύξουμε μια φυσική εξήγηση για αυτές τις τάσεις. Ενώ μια διαδικασία μεγαλύτερων κρούσεων που οδηγούν σε υψηλότερες ταχύτητες εκτόξευσης, και επομένως πιο απομακρυσμένους δευτερεύοντες κρατήρες, λειτουργεί καλά για να εξηγήσει γιατί οι μεγαλύτεροι κρατήρες (> 100 μέτρα σε ακτίνα) έχουν αναλογικά μεγαλύτερες ακτίνες, δεν εξηγεί γιατί οι μικρότεροι κρατήρες έχουν ακτίνες που έχουν μήκος αναλογικά με τους μεγαλύτερους κρατήρες. Υποθέτουμε ότι ένας διαφορετικός μηχανισμός μπορεί να κάνει τις ακτίνες που σχετίζονται με μικρότερα κιβώτια να είναι φωτεινές. Αντί να ανασκάπτει υλικό από κάτω από την επιφάνεια, η εκτίναξη από μικρούς κρατήρες ταξιδεύει τόσο αργά που απλώς κάθεται πάνω στη σκοτεινή επιφάνεια. Υπολογίζουμε ότι οι φωτεινές ακτίνες των μικρών κρατήρων σχηματίζονται από υλικό που ταξιδεύει λιγότερο από 50 μέτρα ανά δευτερόλεπτο, πολύ αργό για να ανασκάψει δευτερεύοντες κρατήρες.
Αυτό μας οδηγεί να προτείνουμε τρία καθεστώτα στα οποία υπάρχουν ακτίνες. Στο πρώτο καθεστώς, η εκτίναξη ταξιδεύει τόσο αργά που δεν ανασκάπτει υπόγειο υλικό. Αντίθετα, απλά κάθεται στην επιφάνεια. Αυτό είναι το καθεστώς στο οποίο υπάρχουν μικροί κρατήρες (<100 μέτρα). Για μεγαλύτερους κρατήρες (> 100 μέτρα), η εκτίναξη ανασκάπτει δευτερεύοντες κρατήρες εκθέτοντας φωτεινό υλικό από κάτω από την επιφάνεια. Στο τελικό καθεστώς, η εκτίναξη ταξιδεύει αρκετά γρήγορα ώστε να πυροδοτήσει την εκσκαφή, αλλά η ποσότητα της εκτόξευσης είναι τόσο μικρή που δεν μπορεί να ανασκάψει κάτω από το σκοτεινό επιφανειακό στρώμα. Αυτό το καθεστώς ορίζει πού χάνουν την ορατότητά τους οι ακτίνες του κρατήρα. Αυτό το τελευταίο καθεστώς έχει σημαντικές επιπτώσεις στη μεταφορά υλικών, καθώς υπονοεί ότι η εκτίναξη από μια πρόσκρουση μπορεί να μεταφέρει υλικό πολύ πέρα από το τέλος των ορατών ακτίνων, οδηγώντας σε βελτιωμένη μεταφορά και ανάμειξη σε πιο παγκόσμια κλίμακα από ό,τι αναγνωριζόταν προηγουμένως.
Αυτά τα ευρήματα δημοσιεύονται στο άρθρο ανοιχτής πρόσβασης με τίτλο Το μήκος των ακτίνων του σεληνιακού κρατήρα που εξηγείται με τη χρήση δευτερεύουσας κλίμακας κρατήρα, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Icarus . Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους Jacob R. Elliott, Ya-Huei Huang, David A. Minton και Andrew M. Freed του Πανεπιστημίου Purdue.
