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Understanding the Lunar Nearside–Farside Dichotomy via In Situ Trace Element Measurements: The Scientific Framework of a Prospective Landed Mission
The Planetary Science Journal Pub Date : 2021-04-28 , DOI: 10.3847/psj/abee7f
Benjamin Farcy 1 , Ricardo Arevalo Jr. 1 , William F. McDonough 1, 2, 3
Affiliation  

Trace elements, distinguished by their low abundances (parts per million by weight (ppmw)), track local, regional, and planetary-scale processes in samples sourced from throughout the solar system. Such analyses of lunar samples have provided insights on its surface rocks and interpretations of its deep interior. However, returned samples, sourced from the lunar nearside, cannot be used to address processes responsible for the morphological dichotomy between the lunar nearside and farside. The hemispherical dichotomy points to distinct evolutionary histories of these two domains, rendering our understanding of lunar history incomplete. We outline the scientific justification for a landed, in situ investigation of lunar farside lithologies, focusing on chemical analyses that will constrain the Moon’s bi-hemispherical chemical evolution. Newly developed and heritage spaceflight instruments, capable of measuring low element abundances (limits of detection <10 ppmw 20%), can be deployed on the lunar farside and provide constraints on (1) the temperature and pressure of mare basalt crystallization, (2) depth-dependent mineralogical and compositional changes in the lunar mantle, (3) the chronology of major geologic events, and (4) abundances and distributions of refractory and heat-producing elements of the lunar farside mantle. The science return and logistical challenges of targeting four specific landing sites on the lunar farside are identified: Moscoviense, Apollo, Von Krmn, and Leibnitz craters. These sites maximize impact melt basin lithologies and later mare magmatism, and they minimize terrain hazards.



中文翻译:

通过原位微量元素测量了解月球近、远二分法:前瞻性着陆任务的科学框架

痕量元素以其低丰度(百万分之一重量 (ppmw))为特征,跟踪来自整个太阳系的样本中的局部、区域和行星尺度过程。对月球样本的这种分析提供了对其表面岩石的洞察和对其深层内部的解释。然而,来自月球近侧的返回样本不能用于解决造成月球近侧和远侧之间形态二分法的过程。半球二分法指向这两个领域的不同进化历史,使我们对月球历史的理解不完整。我们概述了对月球背面岩性进行着陆原位调查的科学依据,重点是将限制月球双半球化学演化的化学分析。新开发的传统航天仪器能够测量低元素丰度(检测限 <10 ppmw 20%),可以部署在月球背面并提供对 (1) 玄武岩结晶的温度和压力的限制,(2)月球地幔中与深度有关的矿物学和成分变化,(3) 主要地质事件的年代学,以及 (4) 月球背面地幔难熔和发热元素的丰度和分布。确定了以月球背面的四个特定着陆点为目标的科学回报和后勤挑战:莫斯科维恩斯、阿波罗、Von Krmn 和莱布尼茨陨石坑。这些站点最大限度地提高了影响熔池岩性和后来的海马岩浆作用,并最大限度地减少了地形危害。能够测量低元素丰度(检测限 <10 ppmw 20%),可以部署在月球背面并提供对 (1) 玄武岩结晶的温度和压力,(2) 与深度相关的矿物学和成分变化的限制在月球地幔中,(3) 主要地质事件的年表,以及 (4) 月球背面地幔难熔和发热元素的丰度和分布。确定了以月球背面的四个特定着陆点为目标的科学回报和后勤挑战:莫斯科维恩斯、阿波罗、Von Krmn 和莱布尼茨陨石坑。这些站点最大限度地提高了影响熔池岩性和后来的海马岩浆作用,并最大限度地减少了地形危害。能够测量低元素丰度(检测限 <10 ppmw 20%),可以部署在月球背面并提供对 (1) 玄武岩结晶的温度和压力,(2) 与深度相关的矿物学和成分变化的限制在月球地幔中,(3) 主要地质事件的年表,以及 (4) 月球背面地幔难熔和发热元素的丰度和分布。确定了以月球背面的四个特定着陆点为目标的科学回报和后勤挑战:莫斯科维恩斯、阿波罗、Von Krmn 和莱布尼茨陨石坑。这些站点最大限度地提高了影响熔池岩性和后来的海马岩浆作用,并最大限度地减少了地形危害。可以部署在月球背面,并提供对 (1) 玄武岩结晶的温度和压力,(2) 月球地幔中与深度相关的矿物学和成分变化,(3) 主要地质事件的年代学和 ( 4) 月球背面地幔难熔和发热元素的丰度和分布。确定了以月球背面的四个特定着陆点为目标的科学回报和后勤挑战:莫斯科维恩斯、阿波罗、Von Krmn 和莱布尼茨陨石坑。这些站点最大限度地提高了影响熔池岩性和后来的海马岩浆作用,并最大限度地减少了地形危害。可以部署在月球背面,并提供对 (1) 玄武岩结晶的温度和压力,(2) 月球地幔中与深度相关的矿物学和成分变化,(3) 主要地质事件的年代学和 ( 4) 月球背面地幔难熔和发热元素的丰度和分布。确定了以月球背面的四个特定着陆点为目标的科学回报和后勤挑战:莫斯科维恩斯、阿波罗、Von Krmn 和莱布尼茨陨石坑。这些站点最大限度地提高了影响熔池岩性和后来的母海岩浆作用,并最大限度地减少了地形危害。(4) 月球背面地幔难熔和发热元素的丰度和分布。确定了以月球背面的四个特定着陆点为目标的科学回报和后勤挑战:莫斯科维恩斯、阿波罗、Von Krmn 和莱布尼茨陨石坑。这些站点最大限度地提高了影响熔池岩性和后来的海马岩浆作用,并最大限度地减少了地形危害。(4) 月球背面地幔难熔和发热元素的丰度和分布。确定了以月球背面的四个特定着陆点为目标的科学回报和后勤挑战:莫斯科维恩斯、阿波罗、Von Krmn 和莱布尼茨陨石坑。这些站点最大限度地提高了影响熔池岩性和后来的海马岩浆作用,并最大限度地减少了地形危害。

更新日期:2021-04-28
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