Moon’s Imbrium Basin was formed by an impact of protoplanet-sized Asteroid

Close-up of Imbrium (LRO)

The astronomer Peter Schultz from the Brown University announced on July 20, 2016 that the object that slammed into the moon 3.8 billion years ago which created the great, dark lava plain we call Mare Imbrium was a protoplanet-sized. This was an object of more than 250 kilometres across, and that is big, and makes it twice as big and 10 times more massive than previous estimates. The calculation of this object by Schultz are based on experiments performed using the Vertical Gun Range at the NASA Ames Research Center, as he said on a statement: “We show that Imbrium was likely formed by an absolutely enormous object, large enough to be classified as a protoplanet. This is the first estimate for the Imbrium impactor’s size that is based largely on the geological features we see on the moon” this has been published on the journal, Nature.

Schultz did say that previous estimates, were based solely on computer models and yielded a size estimate of only about 80 kilometres in diameter. These new findings help to explain some of the puzzling geological features that surround the Imbrium Basin. The work also suggests - based on the sizes of other impact basins in the Moon, Mars and Mercury - that the early solar system was likely well stocked with protoplanet-sized asteroids. The Imbrium Basin is quite easy to spot on the moon when this is full, as a dark patch in the Moon’s northwestern quadrant, and it is 1200 kilometres across. This basin is surrounded by grooves and gashes, which are large enough to be seen with a small telescope from Earth. The formation of this marks is due to rocks blasted out of the crater when it was formed, and they are known as the Imbrium Sculpture, radiating from the centre of the basin.

Mare Imbrium or the Sea of Showers is highlighted in this map of
the moon. The other large, dark spots are also basins created
from asteroid impacts. Credit: NASA

Interestingly this features, known as the Imbrium Sculpture, are concentrated on the basin's southeast side, something that suggests that the impactor travelled from the northwest, impacting at an oblique angle rather than straight on. Aside of this geological feature which radiates from the centre, there is another set of grooves but with a different alignment, these appear to come from a region to the northwest, along the trajectory from which the impactor came. Schultz said: "This second set of grooves was a real mystery; no one was quite sure where they came from." But he was able to demonstrate using hypervelocity impact experiments that they were likely to have formed by chunks of the impactor that sheared off on initial contact with the surface. The grooves created by those chunks enabled Schultz to estimate the size of the impactor.

The Laboratory impacts were conducted by The Vertical Gun Range which employs a cannon which is 4.3 metres which creates velocities of 25.750 kilometres per hour while the ballistic dynamics are recorded by cameras and impact plates. Recreating these experimental impacts with low-angle Schultz noticed that impactors tend to start breaking apart when they first make contact with the surface. "The key point is that the grooves made by these chunks aren't radial to the crater," Schultz said. "They come from the region of first contact. We see the same thing in our experiments that we see on the Moon - grooves pointing up-range, rather than the crater." Later Schultz worked with David Crawford of the Sandia National Laboratories to generate computer models showing that the same kind of physics would also happen at the colossal scales of a lunar impact. This yielded an estimated diameter of 250 kilometers, large enough for the object to be classified as a protoplanet. "The large basins we see on the Moon and elsewhere are the record of lost giants," Schultz said.

Sources: Brown University, Nature Journal, Wikipedia

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La Cuenca Lunar Imbrium se formó por el impacto de un asteroide del tamaño de un protoplaneta 

The rings comprising the Imbrium basin. Credit: Nature

El astrónomo Peter Schultz de la universidad de Brown reveló el pasado 20 de julio de 2016 que el objeto que se estrelló contra la luna hace 3,8 millones de años y que creara la gran planicie de lava oscura que llamamos Mare Imbrium fue debido a un protoplaneta. Este era un objeto de más de 250 kilómetros de anchura, lo cual es grande, y lo hace el doble de grande y 10 veces más masivo que anteriores estimaciones. Los cálculos de este objeto por parte de Schultz están basados en experimentos llevados a cabo usando El campo de tiro vertical del centro Ames de la NASA, comentando en unas declaraciones: “Hemos demostrado que lo más seguro es que Imbrium fuese creado por un objeto absolutamente enorme, lo suficientemente grande para ser clasificado como un protoplaneta. Estas son las primeras estimaciones sobre el tamaño del impactador que esta mayoritariamente basado en los accidentes geológicos que vemos en la luna” lo cual ha sido publicado en la revista Nature. 

Mapped lineations extended as great circles into the Imbrium
basin to assess sources during formation. Credit: Nature

Schultz dijo que las estimaciones previas, estaban solamente basadas en modelos informáticos y arrogaban un tamaño estimado de 80 kilómetros de diámetro. Estos nuevos cálculos ayudan a explicar el porqué de unas extrañas formaciones geológicas alrededor de la cuenca de Imbrium. El trabajo también sugiere – apoyado en los tamaños de otros impactos lunares, Marte y en Mercurio – que el Sistema Solar joven fuera más que probable que estuviera repleto de asteroides del tamaño de protoplanetas. La cuenca de Imbrium es fácilmente reconocible en la luna cuando está llena, como una oscura mancha en el cuadrante nororiental, siendo 1200 kilómetros de ancha. Dicha cuenca está rodeada de unos surcos y hendiduras, los cuales son lo suficientemente grandes para ser vistos desde la Tierra por un telescopio pequeño. La formación de estas marcas se debe a rocas expulsadas del cráter cuando este se formó, y se las conoces por el nombre de `Esculturas Imbrium’ y que radian desde el centro de la cuenca. 

Interesantemente estas formaciones se concentran en la cara sureste de la cuenca lo cual sugiere que el impactador viajaba en dirección noroeste, impactando en un ángulo más bien oblicuo y no frontal. Aparte de estas formaciones geológicas que radian desde el centro también existen otra serie de formaciones de hendiduras que tienen otra alineación, estas parecen provenir desde la región noroeste, a lo largo de la trayectoria de donde parecía provenir el impactador. Schultz dijó: “Estas segundas hendiduras eran un verdadero misterio; nadie sabía exactamente de donde provenían.” Pero él ha podido demostrar usando impactos de hipervelocidad que posiblemente fueran causadas por trozos del impactador que se partieron en el contacto inicial con la superficie. Las hendiduras creadas por esos trozos permitieron a Schultz estimar el tamaño del impactador. 

Fragmental debris resulting from a 0.635 cm aluminium sphere
impacting a 6.7 cm aluminium disk at ~5 km s−1.
Credit: Nature

Los impactos de laboratorio fueron recreados con el Campo de Tiro Vertical que usa un cañón de 4,3 metros el cual crea velocidades de 25,750 kilómetros por hora mientras que las dinámicas balísticas son analizadas se graban en una cámara y con placas de impacto. Recreando estos impactos experimentales con un ángulo bajo hizo a Schultz percatarse de que los impactadores tendían a romperse cuando hacían un primer contacto con la superficie. “El punto clave es que las hendiduras causadas por estos trozos no son radiales hacia el cráter” dijo Schultz. “Estas provienen de la región del primer contacto. Vemos lo mismo en neustros experimentos que en la luna – hendiduras apuntando en dicha dirección no en la del cráter.” Tras esto Schultz se puso a trabajar con David Crawford del Sandia National Laboratories para reproducir modelos digitales que mostrasen modelos que esas mismas características físicas también en grandes impactos o colosales en la luna. Lo cual produjo una estimación del tamaño de 250 kilómetros de diámetro, lo suficientemente grande como para que el objeto sea clasificado de protoplaneta. “las grandes cuencas de la Luna y de otros lugares son registros de gigantes desaparecidos,” dijo Schultz.

Sources: Brown University, Nature Journal, Wikipedia

A laboratory collision on a mock-up Moon using the Ames Vertical Gun Range. Schultz Lab/Brown University

Grooves and gashes associated with the Imbrium Basin on the Moon have long been puzzling. New research shows how some of these features were formed and uses them to estimate the size of the Imbrium impactor. The study suggests it was big enough to be considered a protoplanet. NASA/Northeast Planetary Data Center/Brown University

Hypervelocity impact experiment into sand at the NASA Ames Vertical Gun Range