Ponad cztery miliardy lat temu, kiedy Układ Słoneczny był jeszcze młody, a Ziemia wciąż rosła, w naszą planetę uderzył gigantyczny obiekt wielkości Marsa. Nazywany jest Theia. W trakcie tej potężnej kolizji prawie cała Ziemia i Theia stopiły się i przekształciły w jedno ciało. A niewielka część nowej masy oderwała się, stając się Księżycem.

Kiedy powstał Księżyc?

Ale kiedy dokładnie doszło do powstania naturalnego satelity naszej planety? W nowym badaniu opublikowanym w czasopiśmie „Geochemical Perspectives Letters” naukowcy wykorzystali kryształy przywiezione z Księżyca w 1972 roku przez astronautów misji Apollo. Analiza próbek przesuwa wiek Księżyca o 40 milionów lat. Czyli do co najmniej 4,46 miliarda lat.

– Analizowane kryształy są najstarszymi znanymi ciałami stałymi, które uformowały się po gigantycznym zderzeniu. A ponieważ znamy ich wiek, mogą one posłużyć za kotwicę dla osadzenia chronologii ewolucji Księżyca – mówi Philipp Heck z centrum badawczego imienia Roberta A. Pritzkea w Field Museum, profesor na Uniwersytecie w Chicago i główny autor badania.

Odkrycie jest wynikiem pracy Hecka z dr Jenniką Greer. Prace te rozpoczęły się, gdy Greer była doktorantką w Field Museum. – Skontaktowali się z nami nasi współautorzy, Bidong Zhang i Audrey Bouvier, którzy potrzebowali nanoskalowego spojrzenia na próbki księżycowe, aby w pełni je zrozumieć – mówi Greer, która jest obecnie pracownikiem naukowym na Uniwersytecie w Glasgow.

Próbki z ostatniej załogowej misji na Księżyc

Próbka pyłu księżycowego użyta w badaniach została przywieziona przez astronautów Apollo 17 podczas ostatniej załogowej misji na Księżyc w 1972 roku. Pył ten zawiera maleńkie kryształy, które uformowały się miliardy lat temu. Właśnie one najlepiej pokazują, kiedy mogło dojść do powstania Srebrnego Globu.

Kiedy obiekt wielkości Marsa uderzył w Ziemię i uformował Księżyc, energia uderzenia stopiła skałę, która ostatecznie stała się powierzchnią Księżyca. – Do uformowania się kryształów cyrkonu nie mogło dojść w chwili, gdy powierzchnia Księżyca była rozgrzana. Wszelkie kryształy na powierzchni Księżyca musiały więc powstać po ochłodzeniu się księżycowego oceanu magmy. W przeciwnym razie zostałyby stopione, a ich sygnatury chemiczne wymazane – wyjaśnia profesor Heck.

Ponieważ kryształy musiały powstać po ochłodzeniu oceanu magmy, określenie wieku kryształów cyrkonu ujawniłoby minimalny możliwy wiek Księżyca. Poprzednie badania przeprowadzone przez współautora Bidonga Zhanga już sugerowały ten wiek. Ale dopiero najnowsze badanie po raz pierwszy wykorzystuje metodę analityczną zwaną tomografią sondy atomowej. To pozwala ocenić wiek tego najstarszego znanego kryształu księżycowego.

Przeprowadzona analiza wykazała, ile atomów wewnątrz kryształów cyrkonu uległo rozpadowi radioaktywnemu. Kiedy atom ma niestabilną konfigurację protonów i neutronów w swoim jądrze, ulega rozpadowi, odrzucając część tych protonów i neutronów i przekształcając się w różne pierwiastki.

Na przykład uran rozpada się na ołów. Naukowcy ustalili, jak długo trwa ten proces. A patrząc na proporcje różnych atomów uranu i ołowiu (zwanych izotopami) obecnych w próbce, mogą stwierdzić, ile ma ona lat.

Księżyc starszy nawet o 40 milionów lat

– Datowanie radiometryczne działa trochę jak klepsydra – mówi Heck. – W klepsydrze piasek przepływa z jednej szklanej bańki do drugiej, a nagromadzenie piasku w dolnej bańce określa upływ czasu. Datowanie radiometryczne działa podobnie, zliczając liczbę atomów macierzystych i liczbę atomów potomnych, w które się przekształciły. Ponieważ tempo przemian jest znane, pozwala nam to dość precyzyjnie obliczyć upływ czasu – dodaje.

Proporcja izotopów ołowiu, którą znaleźli naukowcy, wskazała, że próbka miała około 4,46 miliarda lat. Dlatego Księżyc musi być co najmniej tak stary.

– Księżyc jest nieodłącznym partnerem Ziemi w naszym układzie planetarnym. Stabilizuje oś obrotu Ziemi. Jest powodem, dla którego doba ma 24 godziny. Dzięki niemu mamy pływy. Bez Księżyca życie na Ziemi wyglądałoby inaczej. Jest to część naszego naturalnego systemu, którą chcemy lepiej zrozumieć. A nasze badanie dostarcza maleńkiego elementu układanki w całym tym obrazie – podsumowuje profesor Heck.

Źródło: Geochemical Perspective Letters