En ny titt på data från seismiska experiment som lämnats på månen av Apollo-astronauter har gett forskare en bättre förståelse för månens inre. Månens kärna verkar vara mycket lik jordens - med en fast innerkärna och yttre kärnan med smält vätska - och dess storlek är rätt i mitten av tidigare uppskattningar.
"Medan förekomsten av en flytande kärna tidigare hade sluts ut från andra geofysiska mätningar, har vi gjort den första direkta seismiska observationen av en flytande yttre kärna," sade Dr Renee Weber, en planetforskare vid NASA: s Marshall Space Flight Center, som ledde forskargruppen.
Apollo Passive Seismic Experiment uppmätt seismiska vågor på månen och bestod av fyra seismometrar utplacerade på månens nära sida under Apollo-uppdragen mellan 1969 och 1972. Instrumenten spelade kontinuerligt markrörelse fram till sent 1977. Men uppgifterna ansågs vara ganska svaga på grund av det lilla antalet stationer, bristen på observation av händelser vid sidan av sidan och störningar från "månskalv." Eftersom detta var de enda tillgängliga direkta mätningarna från månen, skilde sig olika forskare med avseende på viktiga egenskaper som kärnans radie, sammansättning och tillstånd (dvs om det var fast eller smält.)
"Månens djupaste inre, särskilt om den har en kärna eller inte, har varit en blind plats för seismologer," sade Ed Garnero, professor vid Arizona State University och medlem av forskargruppen. "De seismiska uppgifterna från de gamla Apollo-uppdragen var för bullriga för att föreställa månen med något förtroende."
Weber och hennes kollegor analyserade Apollo-uppgifterna på nytt med en metod som vanligtvis används för att bearbeta seismisk data på jorden. Anropad matrisbehandling, seismiska inspelningar läggs samman eller "staplas" på ett speciellt sätt och studeras tillsammans. De flera inspelningarna som behandlas tillsammans gör det möjligt för forskare att extrahera mycket svaga signaler. Djupet hos skikt som återspeglar seismisk energi kan identifieras, vilket i slutändan betyder materialets sammansättning och tillstånd på olika djup.
Denna metod kan förbättra svaga, svåra att upptäcka seismiska signaler genom att lägga till seismogram.
"Om seismisk vågenergi går ner och studsar från ett djupt gränssnitt på ett visst djup, liksom Månens kärnmantelgräns, bör den signalen" eko "vara närvarande i alla inspelningar, även om under bakgrundsljudnivån," sa Patty Lin, en postdoktorand vid ASU och en annan medlem av teamet. "Men när vi lägger till signalerna tillsammans blir den kärnreflektionsamplituden synlig, vilket låter oss kartlägga den djupa månen."
Weber berättade för Space Magazine att skjuvvågorna inte penetrerar vätskeområden. "Även om vi har observerat kompressionsreflektioner från den solida inre kärnan, har vi inte (som förväntat) observerat skjuvreflektioner från den inre kärnan, eftersom den energin reflekteras i det yttre kärnskiktet."
Nyligen genomförda studier föreslog att månen hade en relativt liten järnrik kärna, storleksanpassad mellan cirka 250 och 430 km, eller ungefär 15 till 25% av dess 1 737,1 km genomsnittliga radie. De nya mätningarna sätter kärnan något större.
"Vi har placerat kärnmantelgränsen vid en radie på 330 km, ungefär 19% av Månens genomsnittliga radie," sa Weber i ett e-postmeddelande.
Den järnrika kärnan har en solid innerboll på nästan 240 km (150 miles) i radie och en 90 km (55 mil) tjock yttre vätskeskal.
Den nya forskningen pekar också på flyktigt utarmat interiör, med månkärnan som innehåller en liten procentandel av ljuselement som svavel, liknande ljuselement i jordens kärna - svavel, syre och andra.
De omåldrade 30-åriga data tycks också bekräfta den ledande teorin om hur månen bildades.
"Närvaron av ett smältlager och en smält yttre kärna stöder den allmänt accepterade storpåverkningsmodellen för månformning, som förutspår att månen kunde ha bildats i ett helt smält tillstånd," sade Weber.
