Πριν από περισσότερα από 4 δισεκατομμύρια χρόνια, όταν το ηλιακό σύστημα ήταν ακόμα νέο και η Γη ακόμα μεγάλωνε, ένα γιγάντιο αντικείμενο στο μέγεθος του Άρη συγκρούστηκε με τη Γη. Το μεγαλύτερο κομμάτι που αποκόπηκε από την πρώιμη Γη σχημάτισε το φεγγάρι μας. Όμως, πότε ακριβώς συνέβη αυτό;
Σε μια νέα μελέτη στο επιστημονικό περιοδικό “Geochemical Perspectives Letters”, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν κρυστάλλους που είχαν φέρει το 1972 πίσω από τη Σελήνη οι αστροναύτες του Apollo, για να εντοπίσουν τον χρόνο σχηματισμού του φεγγαριού. Η ανακάλυψή τους προσθέτει στην ηλικία του φεγγαριού 40 εκατομμύρια χρόνια· είναι δηλαδή τουλάχιστον 4,46 δισεκατομμυρίων ετών.
«Οι κρύσταλλοι αυτοί είναι τα παλαιότερα γνωστά στερεά που σχηματίστηκαν μετά τη γιγάντια σύγκρουση. Και επειδή γνωρίζουμε πόσο παλιοί είναι αυτοί οι κρύσταλλοι, χρησιμεύουν ως δείκτες για την χρονολόγηση της Σελήνης», εξηγεί ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Philipp Heck, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο και επιμελητής του μουσείου “Field Museum” στους τομείς μετεωριτών και πολικών μελετών.
Η ανακάλυψη αποτελεί καρπό της συνεργασίας του Heck με την κύρια συγγραφέα της μελέτης, Jennika Greer, κατά το διάστημα που ήταν υποψήφια διδάκτωρ στο Field Museum και στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο. «Μας προσέγγισαν οι συν-συγγραφείς της μελέτης, Bidong Zhang και Audrey Bouvier, οι οποίοι αναζητούσαν μια ματιά σε νανοκλίμακα σε αυτά τα δείγματα για να τα κατανοήσουν πλήρως», λέει η Greer, η οποία βρίσκεται τώρα στο Πανεπιστήμιο της Γλασκώβης, ως επιστημονική συνεργάτιδα.
Το δείγμα της σεληνιακής σκόνης που χρησιμοποιήθηκε στη μελέτη μεταφέρθηκε το το 1972 από τους αστροναύτες του Apollo 17, της τελευταίας επανδρωμένης αποστολής στη Σελήνη. Η σκόνη αυτή περιέχει μικροσκοπικούς κρυστάλλους που σχηματίστηκαν πριν από δισεκατομμύρια χρόνια.
Κατά την αρχαία σύγκρουση της Γης που σχημάτισε το φεγγάρι, η ενέργεια της πρόσκρουσης έλιωσε τα πετρώματα, αυτά που τελικά αποτέλεσαν την επιφάνεια τηε Σελήνης. «Οι κρύσταλλοι ζιρκονίου δεν θα μπορούσαν να σχηματιστούν και να επιβιώσουν όσο η επιφάνεια ήταν λιωμένη. Οπότε, οι κρύσταλλοι που βρίσκουμε στην επιφάνεια του φεγγαριού πρέπει να σχηματίστηκαν μετά την ψύξη αυτού του ωκεανού από σεληνιακό μάγμα», λέει ο Heck. Διαφορετικά θα είχαν λιώσει, και οι χημικές τους υπογραφές θα είχαν σβηστεί».
Ο προσδιορισμός της ηλικίας των κρυστάλλων ζιρκονίου, με δεδομένο ότι αυτοί πρέπει να σχηματίστηκαν μετά την ψύξη του ωκεανού μάγματος, μας αποκαλύπτει την ελάχιστη δυνατή ηλικία του φεγγαριού. Η ηλικία αυτή είχε προταθεί και από μία προηγούμενη μελέτη του συν-συγγραφέα Bidong Zhang, η πρόσφατη εργασία όμως είναι η πρώτη που χρησιμοποιεί μία αναλυτική μέθοδο που ονομάζεται “atom probe tomography”, μέσω της οποίας μπόρεσε να προσδιοριστεί με εξαιρετική ακρίβεια η ηλικία αυτού του παλαιότερου γνωστού σεληνιακού κρυστάλλου.
«Στην τομογραφία “atom probe tomography” ξεκινάμε χρησιμοποιώντας ένα μικροσκόπιο εστιασμένης δέσμης ιόντων, για να ακονίσουμε ένα κομμάτι του σεληνιακού δείγματος, δημιουργώντας μία ιδιαίτερα αιχμηρή άκρη· φανταστείτε το σαν μια πολύ ακριβή ξύστρα μολυβιών», λέει η Greer. «Στη συνέχεια, χρησιμοποιούμε λέιζερ υπεριώδους φωτός για να εξατμίσουμε άτομα από την επιφάνεια αυτής της άκρης. Τα άτομα ταξιδεύουν μέσα σε ένα φασματογράφο μάζας, και το πόσο γρήγορα κινούνται μας λέει πόσο βαριά είναι, κάτι που με τη σειρά του μας λέει από τι αποτελούνται.»
Η ανάλυση αυτή -άτομο προς άτομο- που διενεργήθηκε με τη χρήση οργάνων του “Northwestern University”, έδειξε πόσα από τα άτομα των κρυστάλλων ζιρκονίου είχαν υποστεί ραδιενεργή διάσπαση.
Όταν η σύνθεση των πρωτονίων και των νετρονίων στον πυρήνα ενός ατόμου είναι ασταθής, τότε αυτό υφίσταται διάσπαση, αποβάλλοντας μερικά από τα πρωτόνια και νετρόνια, και μετασχηματίζεται σε άλλα στοιχεία. Για παράδειγμα, το ουράνιο διασπάται σε μόλυβδο. Οι επιστήμονες γνωρίζουν τον χρόνο που χρειάζεται για να συμβεί αυτό και, εξετάζοντας την αναλογία διαφορετικών ατόμων ουρανίου και μολύβδου (που ονομάζονται ισότοπα) τα οποία υπάρχουν σε ένα δείγμα, μπορούν να υπολογίσουν πόσο παλιό είναι.
«Η ραδιομετρική χρονολόγηση λειτουργεί περίπου όπως μία κλεψύδρα», εξηγεί ο Heck. «Στην κλεψύδρα, η άμμος ρέει από το επάνω στο κάτω μέρος, με τον χρόνο να αντιστοιχεί στη συσσώρευση των κόκκων άμμου στο κάτω τμήμα. Η ραδιομετρική χρονολόγηση λειτουργεί με παρόμοιο τρόπο, μετρώντας τον αριθμό των ατόμων “γονέων” και αυτόν των ατόμων “τέκνων” στα οποία έχουν μεταστοιχειωθεί. Το πόσος χρόνος έχει περάσει, είναι εύκολο να υπολογιστεί στη συνέχεια, καθώς ο ρυθμός μετασχηματισμού είναι γνωστός.»
Η αναλογία των ισοτόπων μολύβδου που βρήκαν οι ερευνητές, έδειξε ότι το δείγμα ήταν περίπου 4,46 δισεκατομμυρίων ετών. Επομένως, το φεγγάρι πρέπει να είναι τουλάχιστον τόσο παλιό.
«Είναι εκπληκτικό το να έχεις αποδείξεις ότι ο βράχος που κρατάς είναι το παλαιότερο κομμάτι του φεγγαριού που έχουμε βρει μέχρι στιγμής. Αποτελεί σημείο αναφοράς για τόσα πολλά ερωτήματα σχετικά με τη Γη. Όταν γνωρίζεις πόσο παλαιό είναι κάτι, μπορείς να καταλάβεις καλύτερα τι του έχει συμβεί στην διάρκεια της ιστορίας του», λέει η Greer.
Είναι σημαντικό να γνωρίζουμε πότε σχηματίστηκε η Σελήνη, τονίζει ο Heck, γιατί «το φεγγάρι είναι ένας σημαντικός εταίρος στο πλανητικό μας σύστημα – σταθεροποιεί τον άξονα περιστροφής της Γης, είναι ο λόγος που η μέρα διαρκεί 24 ώρες, είναι ο λόγος που έχουμε παλίρροιες. Χωρίς το φεγγάρι, η ζωή στη Γη θα ήταν αρκετά διαφορετική. Είναι ένα μέρος του φυσικού μας συστήματος που θέλουμε να κατανοήσουμε καλύτερα, και η μελέτη μας προσθέτει ένα ακόμα μικροσκοπικό κομμάτι του παζλ.»
Παραπομπές: J Greer et al, 4.46 Ga zircons anchor chronology of lunar magma ocean, Geochemical Perspectives Letters (2023). DOI: 10.7185/geochemlet.2334
Πηγή: https://phys.org/
