Более 4 миллиардов лет назад, когда Солнечная система была еще молода, а Земля еще росла, в Землю врезался гигантский объект размером с Марс. Самый большой кусок, отколовшийся от ранней Земли, образовал нашу Луну. Но когда именно это произошло, так и осталось загадкой. В новом исследовании, опубликованном в журнале Geochemical Perspectives Letters, ученые использовали кристаллы, привезенные с Луны астронавтами Аполлона в 1972 году, чтобы определить время формирования Луны. Их открытие отодвигает возраст Луны на 40 миллионов лет, по крайней мере, до 4,46 миллиарда лет.
«Эти кристаллы — древнейшие из известных твердых тел, образовавшиеся после гигантского удара. И поскольку мы знаем, сколько лет этим кристаллам, они служат якорем для лунной хронологии», — сказал старший автор исследования профессор Филипп Хек из Чикагского университета.
Образец лунной пыли, использованный в исследовании, был доставлен астронавтами Аполлона-17 во время последней миссии на Луну в 1972 году. Эта пыль содержит крошечные кристаллы, образовавшиеся миллиарды лет назад. Эти кристаллы являются верным признаком того, когда должна была образоваться Луна.
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. Таким образом, любые кристаллы на поверхности Луны, должно быть, образовались после того, как этот лунный океан магмы остыл», — говорит Хек. «В противном случае они были бы расплавлены, а их химические подписи были бы стерты».
Поскольку кристаллы, должно быть, образовались после того, как океан магмы остыл, определение возраста кристаллов циркона позволило бы определить минимально возможный возраст Луны. Предыдущее исследование соавтора Бидуна Чжана предположило этот возраст, но это самое последнее исследование знаменует собой первое использование аналитического метода, называемого атомно-зондовой томографией, который «зафиксировал» возраст этого старейшего известного лунного кристалла.
«В атомно-зондовой томографии мы начинаем с заострения части лунного образца до очень острого кончика, используя микроскоп с фокусированным ионным лучом, почти как очень причудливую точилку для карандашей», — говорит соавтор исследования Дженника Грир. «Затем мы используем УФ-лазеры для испарения атомов с поверхности этого наконечника. Атомы проходят через масс-спектрометр, и скорость их движения говорит нам о том, насколько они тяжелы, а это, в свою очередь, говорит нам, из чего они сделаны».
Этот поатомный анализ, проведенный с использованием инструментов Северо-Западного университета, показал, сколько атомов внутри кристаллов циркона подверглось радиоактивному распаду. Когда атом имеет нестабильную конфигурацию протонов и нейтронов в ядре, он подвергается распаду, теряя некоторые из этих протонов и нейтронов и превращаясь в различные элементы. Например, уран распадается на свинец. Ученые установили, сколько времени занимает этот процесс, и, глядя на долю различных атомов урана и свинца (так называемых изотопов), присутствующих в образце, они могут определить его возраст.
«Радиометрическое датирование работает как песочные часы», — говорит Хек. «В песочных часах песок перетекает из одной стеклянной колбы в другую, причем течение времени определяется скоплением песка в нижней колбе. 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».
Доля изотопов свинца, обнаруженная исследователями, указывает на то, что возраст образца составляет около 4,46 миллиарда лет. Следовательно, Луна должна быть как минимум такой старой.
«Удивительно иметь доказательство того, что камень, который вы держите в руках, является самой старой частью Луны, которую мы когда-либо нашли. Это точка привязки для многих вопросов о Земле. Когда вы знаете, сколько лет чему-то, вы можете лучше понять, что с ним произошло за всю его историю», — говорит Грир.
По словам Хека, важно знать, когда образовалась Луна, потому что «Луна является важным партнером в нашей планетарной системе: она стабилизирует ось вращения Земли, это причина того, что в сутках 24 часа, это причина, по которой у нас бывают приливы и отливы». 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».
