Lunar Rocks hjælper forskere med at finde ud af, når månen krystalliserede

Selvom mennesker har funderet månen siden den første af os så himmel, er der stadig meget, vi ikke ved om det.

Et af disse uløste spørgsmål er dens oprindelseshistorie. Vi tror, ​​at månen dannede sig efter en kolossal kollision mellem Jorden og et andet enormt objekt skabte to kugler af smeltet magma. Men vi ved ikke nøjagtigt hvornår eller hvordan.

Nu har forskere foretaget nye målinger på Moon Rocks fra Apollo -missionerne for at indstille en dato for den tid, månen størknet: 4,43 milliarder år siden.

Undersøgelsen, der blev offentliggjort i Forløb af National Academy of Sciences Ved et samarbejde inklusive University of Chicago-forskere, anvendte avancerede teknikker til at foretage ultraprecise-aflæsninger af sjældne mineraler i klipperne. Resultaterne tilføjer bevis til vores forståelse af dannelseshistorien for både månen og jorden.

Dette sætter en præcis alder for dannelsen af ​​månen – og også potentielt den tid, jorden blev beboelig.

“Det tog os år at udvikle disse teknikker, men vi fik et meget præcist svar på et spørgsmål, der har været kontroversielt i lang tid,” sagde Nicolas Dauphas, den første forfatter på papiret, der leder Uchicago Origins Laboratory og er en Professor i Institut for Geofysiske Videnskaber og Enrico Fermi Institute.

Måner, meteoritter og magma

Her er hvad vi ved hidtil.

Solsystemet dannede for ca. 4,57 milliarder år siden. Kort efter, da det afkølede, begyndte affald at kollidere og klumpe sig sammen med tiden og danne planeterne. Forskere mener, at et meget stort objekt styrtede ned på den spirende jord, og at vores måne dannede sig fra affaldet, der blev produceret af denne påvirkning.

Denne kollision var ekstremt voldelig, sagde Dauphas, nok til at smelte klipper, “så først må vi forestille os en stor kugle af magma, der flyder i rummet omkring Jorden.”

Månen begyndte hurtigt at køle af. De fleste af Lunar Magma Ocean størknet næsten med det samme med geologiske standarder – om et enkelt årtusinde.

Men en gang var ca. 80% af magmaen størknet, dannet en skorpe med mineraler, der isolerede den unge måne. “Det er som at tage på en frakke i Chicago, når det er koldt – du vil ikke miste varmen så hurtigt,” sagde Dauphas. Det bremsede afkølingsprocessen, og i en tid havde månen en delvist smeltet mantel. Det, vi ikke har været i stand til at fastlægge, er, hvor længe det blev på den måde, før det afkølede helt ned og blev solid klippe.







Undersøgelser af prøver fra Apollo -missionerne afslørede, at når månen langsomt afkølet, ville en blanding af visse elementer have svævet opad i den delvis smeltede mantel – lidt som den flaky hvide salt, der blev efterladt, når havvand fordamper – og dannede et tydeligt lag. Forskere regnede med, at hvis de kunne finde en præcis alder for dette magma -lag, der indeholdt en masse kalium, sjældne jordelementer og fosfor (Kreep for kort), ville de vide, hvornår månen var 99% krystalliseret.

Dauphas og samarbejdspartnere spekulerede på, om et svar måske låses inde i Moon Rocks hentet af Apollo -astronauter.

Lunar radioaktivt ur

Nøglen til deres tilgang var at se på forskellige proportioner af elementer. Et af elementerne i Kreep er Lutetium, som er meget lidt radioaktiv; Over eoner ændres det gradvist til elementet Hafnium med en forudsigelig hastighed. Så forskere kan arbejde bagud for at se, hvor længe en bestemt klippe har eksisteret. (Dette ligner, hvordan vi bruger kulstofdating for at fortælle, hvor gamle arkæologiske artefakter er.)

I det tidlige solsystem havde alle klipperne den samme mængde lutetium. Men størkningsprocessen, der dannede Kreep, favoriserede ikke lutetium, så laget har lavere niveauer af lutetium end andre klipper fra den samme æra.

Hvis forskerne meget præcist kunne måle andelene af lutetium og halvnium i måne klipper sammenlignet med andre ting fra den samme æra, men det kom fra andre steder omkring solsystemet, som meteoritter, kunne de beregne bagud for at se, hvornår Kreep -laget dannes – Og dermed, når månen næsten var færdig med afkøling.

Problemet er, at vi kun har små, dyrebare prøver af måne klipper. Så holdet, inklusive Cindy Xi Chen, ph.d.’22, måtte udvikle ekstremt strenge teknikker for at adskille de forskellige elementer.

Ved at teste små prøver af måne klipper hentet fra flere Apollo -missioner, kom de med en alder til afkøling af månen: 4,43 milliarder år før i dag.

Baseret på andre undersøgelser mener forskere, at det ville have taget månen omkring 20 millioner år at afkøle til dette niveau. Arbejder baglæns, der sætter dannelsen af ​​selve månen for omkring 4,45 millioner år siden.

Dette fortæller os ikke kun om månens historie, men også om dannelsen af ​​jorden, da den indflydelse, der fødte månen bliver gæstfri for livet.

“Denne konstatering stemmer godt overens med andre beviser-det er et godt sted at være i, når vi forbereder os på mere viden om månen fra Chang-E og Artemis-missionerne,” sagde Dauphas. “Vi har en række andre spørgsmål, der venter på at blive besvaret.”

Dauphas sagde, at han dedikerede undersøgelsen til minde om sin kone og kollega Geochemist Reika Yokochi, en forskningsprofessor ved Uchicago, der døde i 2024. “Hun var medvirkende til alle aspekter af min forskning,” sagde han.