The lunar and mercurian cratering records provide valuable information about the late accretion history of the inner Solar System. However, our understanding of the origin, rate, and timing of the impacting projectiles is far from complete. Different late accretion models including single and multiple impactor populations may explain the early lunar bombardment history. The single impactor population model explains the exponential decay of impactors over time (e.g., Neukum, 1983; Neukum & Ivanov, 1994; Hartmann, 1995), and the Late Heavy Bombardment (LHB) or lunar cataclysm model suggests different impactor populations with a rapidly increasing impact flux at 3.9 Gyr (Ryder, 1990, 2002). The primarily aim of this work is to test various accretion models and improve the lunar production function (PF) by re-evaluating its shape to infer potential impactor populations. To learn more about these projectiles, we can examine crater size-frequency distributions (CSFDs) on the Moon and Mercury. This PhD thesis re-investigates the crater populations of large (D ≥ 300 km) lunar and mercurian basins using the buffered crater counting (BCC) and buffered non-sparseness correction (BNSC) techniques. BSNC is a novel CSFD technique, which takes crater obliteration on highly cratered surfaces into account, thus providing more accurate measurements for the frequencies of smaller crater sizes. The BNSC-corrected CSFDs of individual basins, particularly at smaller crater diameters increase compared to the crater frequencies derived from the BCC technique alone. Furthermore, a new basin catalogue of 94 basins has been produced on Mercury, 80 of which have been classified as certain or probable, 1.7× times more than previously recognized. However, this number of basins has been estimated to represent roughly half of the expected basin record, where basins older than Borealis have been obscured by different processes (e.g., higher impact melt production, volcanism, subsequent impacts, and viscoelastic relaxation of basins). Consequently, if the Neukum (1983) and Neukum et al. (2001a) theories are correct that the impactor population in the inner Solar System did not change over time, one could expect that the summed CSFDs of basins in different time periods maintain a single shape following the lunar PF. Contrary to previous studies, the shape of summed CSFDs of Pre-Nectarian (excluding South Pole-Aitken Basin), Nectarian (including Nectaris) and Imbrian (including Imbrium) basins show no statistically significant differences, and thus provide no evidence for a change of impactor population bombarded the lunar surface. Similarly, the results on the shape of summed CSFDs of Pre-Tolstojan and Tolstojan basins on Mercury are consistent with the lunar study. The secondary aim is to find potential key landing sites for future human and robotic exploration missions with sample return capability on the lunar surface, which could target key sampling locations in order to verify the preferred late accretion model and refine the lunar chronology model, and thus, the absolute model ages (AMA) of different geologic units on the Moon and other terrestrial planets. In order to do so, this dissertation focus on the exploration of the South Pole-Aitken basin with the main focus on the south polar region of the Moon, a region that has not been visited by any human missions, yet exhibits a multitude of scientifically important locations – the investigation of which address long-standing questions in lunar research. The findings show that a human-assisted robotic mission to the South Pole-Aitken basin, can address all seven US National Research Council (2007) lunar science concepts, and would be a valuable resource to reveal the early history and evolution of the Solar System.
Die Krater auf dem Mond und Merkur liefern wertvolle Informationen über die späte Akkretionsgeschichte des inneren Sonnensystems. Unser Verständnis von Ursprung, Geschwindigkeit und Zeit der impaktierten Projektile ist nicht jedoch vollständig. Verschiedene Modelle der späten Akkretion, einschließlich einzelner und mehrerer Impaktorpopulationen, können die frühe Impaktgeschichte des Mondes erklären. Das Einzelimpaktor-Populationsmodell erklärt die exponentielle Verringerung der Impaktoren im Laufe der Zeit (z. B. Neukum, 1983; Neukum & Ivanov, 1994; Hartmann, 1995), und das “Late Heavy Bombardment” (LHB) - oder “lunar cataclysm”-Szenario schlägt unterschiedliche Impaktorpopulationen vor, wobei eine signifikante Erhöhung der Impaktoreinschläge vor 3,9 Milliarden Jahren auftritt (Ryder, 1990, 2002). Das Hauptziel dieser Arbeit ist die verschiedenen Akkretionsmodelle zu testen und die Produktionsfunktion (PF) für den Mond zu verbessern, indem ihre Form neu bewertet wird, um auf potenzielle Impaktorpopulationen zu schlussfolgern. Um mehr über diese Projektile zu erfahren, können wir Kratergrößen-Häufigkeitsverteilungen (CSFDs) auf dem Mond und Merkur untersuchen. In dieser Doktorarbeit werden die Kraterpopulationen der großen (D ≥ 300 km) Mond- und Merkurbecken mithilfe der Techniken “Buffered Crater Counting” (BCC) und “Buffered Non-Sparseness Correction” (BNSC) erneut untersucht. BSNC ist eine neuartige CSFD-Technik, die die Auslöschung von Kratern auf stark verkraterten Oberflächen berücksichtigt und somit eine genauere Messung für das Auftreten kleinerer Krater ermöglicht. Die BNSC-korrigierten CSFDs einzelner Becken, insbesondere der mit kleineren Kraterdurchmessern, nehmen im Vergleich zu den Kratehäufigkeiten zu, die allein von der BCC-Technik abgeleitet wurden. Darüber hinaus wurde ein neuer Becken-Katalog mit 94 Becken auf Merkur erstellt, von denen 80 als sicher oder wahrscheinlich eingestuft wurden, 1,7-mal mehr als bisher bekannt. Diese Anzahl an Becken stellt schätzungsweise ungefähr die Hälfte aller erwarteten Becken dar. Becken, die älter als Borealis sind, wurden durch verschiedene Prozesse (z. B. hohe Schmelzproduktion, Vulkanismus, Viskoelastische Relaxation von Becken) überprägt. Wenn die Modelle von Neukum (1983) und Neukum et al. (2001a) richtig sind und sich die Impaktorpopulation im inneren Sonnensystem im Laufe der Zeit nicht verändert hat, könnte man erwarten, dass die aufsummierten CSFDs von Becken verschiedener Zeiträume Neukum’s PF folgen. Im Gegensatz zu früheren Studien zeigt die Form der summierten CSFDs der Becken von Pre-Nectarian (ohne South Pole-Aitken Becken), Nectarian (einschließlich Nectaris) und Imbrian (einschließlich Imbrium) keine statistisch signifikanten Unterschiede und liefert daher keine Hinweise auf eine Änderung der Impaktorpopulation, die die Mondoberfläche bombardierte. Die Ergebnisse der Pre-Tolstojan- und Tolstojan-Becken auf Mekur stimmen mit denen der Mondstudie überein. Das zweite Ziel dieser Arbeit besteht darin, potenzielle Landestellen für zukünftige bemannten und robotischen Missionen auf der Mondoberfläche zu finden, von denen Proben zur Erde zurück gebracht werden können. Die untersuchten Landestellen zielen darauf ab, Proben zu sammeln, um das bevorzugte Modell der späten Akkretion zu verifizieren und das Modell der Mondchronologie zu verfeinern. Dies wird schließlich das absolute Modellalter (AMA) verschiedener geologischer Einheiten auf dem Mond und anderer terrestrischer Planeten verbessern. Diese Dissertation fokussiert sich deshalb auf die Erforschung des South Pole-Aitken Beckens und legt einen Schwerpunkt auf die Südpole des Mondes, einer Region, die bisher von keiner bemannten Mission besucht wurde, jedoch eine Vielzahl von wissenschaftlich relevanten Orten aufweist. Das Untersuchen dieser Orte wird langjährige Fragen der Mondforschung beantworten können. Die Ergebnisse zeigen, dass alle sieben Mondforschungskonzepte des US National Research Council (2007) mit einer von Menschen unterstützten Robotermissionen zum South Pole-Aitken Becken untersucht werden können. Dies ist von großer Wichtigkeit, um die frühere Impaktgeschichte des Mondes und die Entstehung des Sonnensystems besser zu verstehen.
