Объект размером с Марс врезался в Землю более 4 миллиардов лет назад, создав облако обломков, из которого образовалась Луна. Когда астронавты Аполлона приземлились на поверхность Луны, они нашли и привезли с Луны камни, которые помогли определить, когда произошло это событие. Теперь новое исследование кристаллов в лунных образцах отодвинуло это событие еще дальше – примерно на 40 миллионов лет раньше, чем предыдущие оценки – установив возраст формирования Луны примерно в 4,46 миллиарда лет – вскоре после образования Земли.
Исследователи из Северо-Западного университета и Полевого музея в Чикаго, а также из Университета Глазго в Шотландии использовали установку атомно-зондовой томографии для изучения лунных камней и пыли, собранных во время миссии «Аполлон-17» в 1972 году. Эта установка позволила им выполнить улучшенную форму. радиометрического датирования. Радиометрическое датирование рассчитывает возраст геологических материалов в годах путем измерения присутствия короткоживущего радиоактивного элемента, такого как углерод-14, или долгоживущего радиоактивного элемента плюс его распад.
Установка, включающая чувствительный ионный микрозонд высокого разрешения, позволила исследователям рассмотреть каждый атом в кристаллах циркона и подсчитать, сколько атомов подверглось радиоактивному распаду. Когда атом подвергается распаду, он теряет протоны и нейтроны, превращаясь в различные элементы. Уран, например, распадается на свинец, а циркон содержит радиоактивный элемент уран. Уран называют «часами внутри циркона», потому что он превращается в элемент свинец с определенной скоростью в течение длительного периода времени.
«Это исследование является свидетельством огромного технологического прогресса, которого мы достигли с 1972 года, когда был проведен последний [crewed] Лунная миссия вернулась на Землю», — сказал Дитер Исхайм из Northwestern, соавтор статьи, опубликованной в журнале Geochemical Perspectives Letters. «Эти образцы были доставлены на Землю полвека назад, но только сегодня мы обладаем необходимыми инструментами для проведения микроанализа на необходимом уровне, включая атомно-зондовую томографию».
Когда объект размером с Марс столкнулся с Землей и образовал Луну, энергия удара расплавила породу, которая в конечном итоге стала поверхностью Луны.
«Когда поверхность была расплавлена таким образом, кристаллы циркона не могли сформироваться и выжить», — объяснил Филипп Хек из Полевого музея, еще один соавтор. «Итак, любые кристаллы на поверхности Луны должны были образоваться после того, как этот лунный океан магмы остыл. В противном случае они были бы расплавлены, а их химические характеристики были бы стерты».
Аполлон-17 был шестой и последней миссией Аполлона по высадке людей на Луну и единственной миссией Аполлона, в экипаже которой был обученный геолог. Пилот лунного модуля и геолог Харрисон Шмитт присоединились к командиру Джину Сернану и пилоту командного модуля Рону Эвансу. Астронавты приземлились на юго-восточном краю бассейна Серенитатис, известного как Таурус-Литтроу. Шмитт и Сернан собрали около 243 фунтов (110,4 кг) образцов почвы и горных пород, которые были доставлены обратно на Землю для дальнейшего изучения. Предыдущие исследования пришли к выводу, что образцы с Аполлона-17 были взяты из старейших известных ударных кратеров на Луне.
Для нового эксперимента с этими образцами небольшая часть лунного образца была заточена до очень острого кончика с помощью микроскопа с фокусированным ионным лучом. Затем УФ-лазеры испаряют атомы с поверхности этого наконечника. Атомы проходят через масс-спектрометр, и скорость их движения свидетельствует о том, насколько они тяжелы, что, в свою очередь, говорит ученым, из чего состоят атомы.
«Эти кристаллы — древнейшие из известных твердых тел, образовавшиеся после гигантского удара», — сказал Хек. «И поскольку мы знаем, сколько лет этим кристаллам, они служат якорем для лунной хронологии».
Хек сказал, что радиометрическое датирование работает как песочные часы.
«В песочных часах песок перетекает из одной стеклянной колбы в другую, причем течение времени определяется скоплением песка в нижней колбе», — сказал он. «Радиометрическое датирование работает аналогичным образом: подсчитывается количество родительских атомов и количество дочерних атомов, в которые они превратились. Затем можно рассчитать ход времени, поскольку известна скорость трансформации».
Предыдущее исследование соавтора Бидуна Чжана предположило более древний возраст лунной поверхности. Чжан работал с ведущим автором Дженникой Грир над использованием установки атомной томографии на Северо-западе, чтобы получить наномасштабный взгляд на лунные образцы, который подтвердил возраст этого старейшего известного лунного кристалла.
Грир был докторантом Филдового музея и Чикагского университета, а сейчас является научным сотрудником в Университете Глазго.
«Удивительно иметь доказательство того, что камень, который вы держите в руках, является самой старой частью Луны, которую мы когда-либо нашли», — сказал Грир. «Это отправная точка для многих вопросов о Земле. Когда вы знаете, сколько лет чему-то, вы можете лучше понять, что с ним произошло за всю его историю».
Исследователи заявили, что важно знать, когда образовалась Луна, поскольку она является важной частью нашей планетарной системы.
«Оно стабилизирует ось вращения Земли, это причина того, что в сутках 24 часа, это причина, по которой у нас бывают приливы», — сказал Хек. «Без Луны жизнь на Земле выглядела бы иначе. Это часть нашей естественной системы, которую мы хотим лучше понять, и наше исследование представляет собой крошечный кусочек головоломки во всей этой картине».
Источники:
Северо-Западный университет
Полевой музей
Статья: Цирконы 4,46 млрд лет являются якорной хронологией лунного магматического океана.
