W nowym badaniu naukowcy wykorzystali kryształy cyrkonu przywiezione z Księżyca przez astronautów programu Apollo w 1972 r., aby określić czas powstania naszego satelity. Ich odkrycie cofa wiek Księżyca o 40 milionów lat. To oznacza, że Księżyc liczy sobie co najmniej 4,46 miliarda lat.
Zgodnie z przyjętą teorią, ponad 4 miliardy lat temu, kiedy Układ Słoneczny był jeszcze młody, a Ziemia wciąż rosła, olbrzymi obiekt wielkości Marsa uderzył w naszą planetę. Największy kawałek, który odłamał się od młodej Ziemi, utworzył nasz Księżyc. Jednak kiedy dokładnie to się stało, pozostaje tajemnicą.
Kryształy, które zbadali naukowcy, to najstarsze znane ciała stałe, które powstały po tym gigantycznym uderzeniu. Ponieważ umiemy określić ile mają one lat, kryształy te stają się punktem odniesienia dla chronologii księżycowej.
Na zdjęciu: Księżycowe ziarno cyrkonu pod mikroskopem. Źródło: Jennika Greer
Próbkę pyłu księżycowego wykorzystaną w badaniach przywieźli astronauci Apollo 17 z ostatniej misji załogowej na Księżyc w 1972 roku. Pył ten zawiera maleńkie kryształki, które powstały miliardy lat temu, a zarazem informację dotyczącą tego, kiedy musiał uformować się Księżyc.
Kiedy obiekt wielkości Marsa uderzył w Ziemię i utworzył Księżyc, energia uderzenia stopiła skałę, która ostatecznie stała się powierzchnią Księżyca. Ponieważ kryształy mogły uformować się dopiero po ochłodzeniu oceanu magmy, określenie wieku kryształów cyrkonu wyjawia najmniejszy możliwy wiek Księżyca. Najnowsze badanie stanowi pierwsze zastosowanie metody analitycznej zwanej tomografią z sondą atomową, która pozwoliła ustalić wiek tego najstarszego znanego minerału księżycowego.
W tomografii z sondą atomową zaczynamy od „naostrzenia” kawałka próbki Księżyca, tak by miała bardzo ostrą końcówkę, za pomocą mikroskopu ze skupioną wiązką jonów. Przypomina to bardzo wymyślną temperówkę – mówi Jennika Greer, pierwsza autorka publikacji. – Następnie używamy laserów UV do odparowania atomów z powierzchni tej końcówki. Atomy przemieszczają się przez spektrometr mas. Prędkość, jaką się poruszają, mówi nam, jaka jest ich masa, a to z kolei informuje, z czego są zbudowane.
Na zdjęciu: Mikroskopijna zaostrzona końcówka księżycowego kryształu. Źródło: Jennika Greer
Analiza atom po atomie, przeprowadzona przy użyciu instrumentów na Uniwersytecie Northwestern, wykazała, ile atomów wewnątrz kryształów cyrkonu uległo rozpadowi radioaktywnemu. Kiedy atom ma niestabilną konfigurację protonów i neutronów w swoim jądrze, ulega rozpadowi, wyrzucając część tych protonów i neutronów i przekształcając się w różne pierwiastki. Na przykład uran rozpada się na ołów. Naukowcy ustalili, ile czasu zajmuje ten proces i obserwując proporcje różnych atomów uranu i ołowiu (zwanych izotopami) obecnych w próbce, mogą określić, ile ona ma lat.
Datowanie radiometryczne działa trochę jak klepsydra – mówi Heck, współautor publikacji. – W klepsydrze piasek przepływa z jednej szklanej bańki do drugiej, a upływ czasu wskazuje na gromadzenie się piasku w dolnej bańce. Datowanie radiometryczne działa podobnie, zliczając liczbę atomów macierzystych i liczbę atomów potomnych, w które się przekształciły. Można wówczas obliczyć upływ czasu, ponieważ znana jest szybkość transformacji.
Na zdjęciu: Pierwsza autorka publikacji Jennika Greer pracująca z sondą atomową. Źródło: Dieter Isheim, Northwestern
Zmierzona przez naukowców proporcja izotopów ołowiu wskazywała, że próbka miała około 4,46 miliarda lat. Dlatego Księżyc musi mieć co najmniej tyle lat.
Ważne jest, aby wiedzieć, kiedy powstał Księżyc – podkreśla Heck – ponieważ jest on ważnym elementem w naszym układzie planetarnym: stabilizuje oś obrotu Ziemi, dlatego doba ma 24 godziny i dlatego występują pływy. Bez Księżyca życie na Ziemi wyglądałoby inaczej. To część naszego naturalnego systemu, którą chcemy lepiej zrozumieć, a nasze badanie dostarcza maleńkiego fragmentu układanki w całym obrazie.
Więcej informacji: publikacja 4.46 Ga zircons anchor chronology of lunar magma ocean, J. Greer i i., Geochemical Perspectives Letters (2023).
DOI: 10.7185/geochemlet.2334
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
Na ilustracji: Astronauta Apollo 17 Harrison Schmitt w 1972 roku, pokryty księżycowym pyłem. Źródło: NASA
