|
Когда кристаллизовалась Луна
|
|
|
|
Несмотря на то, что люди задумывались о Луне с тех пор, как первые из нас посмотрели на небо, мы еще многого о ней не знаем. Одним из таких нерешенных вопросов является история ее происхождения. Мы думаем, что Луна образовалась после колоссального столкновения Земли с другим огромным объектом, в результате которого образовались два шара расплавленной магмы. Но мы не знаем точно, когда и как. Теперь ученые провели новые измерения лунных пород, полученных в ходе миссий "Аполлон", чтобы установить дату затвердевания Луны: 4,43 миллиарда лет назад.
|
|
|
|
В исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences в сотрудничестве с учеными Чикагского университета, были применены передовые методы для получения сверхточных данных о редких минералах в горных породах. Результаты дополняют наше понимание истории формирования Луны и Земли.
|
|
|
|
Это позволяет установить точный возраст образования Луны, а также, возможно, время, когда Земля стала пригодной для жизни.
|
|
|
|
"Нам потребовались годы, чтобы разработать эти методы, но мы получили очень точный ответ на вопрос, который долгое время вызывал споры", - сказал Николас Дофас, первый автор статьи, возглавляющий лабораторию UChicago Origins Laboratory и профессор кафедры геофизических наук и биотехнологий. Институт Энрико Ферми.
|
|
|
|
|
|
|
Спутники, метеориты и магма
|
|
|
|
Вот что нам известно на данный момент.
|
|
|
|
Солнечная система сформировалась около 4,57 миллиарда лет назад. Вскоре после этого, по мере остывания, обломки начали сталкиваться и собираться в комки, образуя планеты. Ученые полагают, что в растущую Землю врезался очень крупный объект, и что наша луна образовалась из обломков, образовавшихся в результате этого столкновения.
|
|
|
|
По словам Дофаса, это столкновение было чрезвычайно сильным, достаточным для того, чтобы расплавить горные породы, "Поэтому сначала мы должны представить себе большой шар магмы, плавающий в космосе вокруг Земли".
|
|
|
|
Луна быстро начала остывать. По геологическим меркам, большая часть лунного магматического океана затвердела почти сразу — примерно за одно тысячелетие.
|
|
|
|
Но как только около 80% магмы затвердело, образовалась минеральная кора, которая изолировала молодую Луну. "Это все равно, что надеть пальто в Чикаго, когда на улице холодно — вы не будете так быстро терять тепло", - сказал Дофас. Это замедлило процесс охлаждения, и какое-то время мантия Луны была частично расплавлена. Чего мы не смогли точно определить, так это как долго он оставался таким, прежде чем полностью остыл и превратился в твердый камень.
|
|
|
|
Исследования образцов, взятых в ходе миссий "Аполлон", показали, что по мере того, как Луна медленно остывала, смесь определенных элементов поднималась вверх в частично расплавленной мантии — что—то вроде белой соли, остающейся после испарения морской воды, - и образовывала отчетливый слой. Ученые подсчитали, что если бы они смогли определить точный возраст этого слоя магмы, который содержал много калия, редкоземельных элементов и фосфора (сокращенно КРИП), они бы узнали, когда Луна кристаллизовалась на 99%.
|
|
|
|
Дофас и его коллеги задались вопросом, может ли ответ быть скрыт в лунных камнях, извлеченных астронавтами "Аполлона".
|
|
|
|
Лунные радиоактивные часы
|
|
|
|
Ключом к их подходу было изучение различных пропорций элементов. Одним из элементов, входящих в состав KREEP, является лютеций, который обладает очень низкой радиоактивностью; с течением времени он постепенно превращается в гафний с предсказуемой скоростью. Таким образом, ученые могут проследить, как долго существует тот или иной камень. (Это похоже на то, как мы используем радиоуглеродный анализ, чтобы определить возраст археологических артефактов.)
|
|
|
|
В ранней солнечной системе все породы содержали одинаковое количество лютеция. Но процесс затвердевания, в результате которого образовался КРИП, не благоприятствовал лютецию, поэтому в этом слое содержание лютеция ниже, чем в других породах той же эпохи.
|
|
|
|
Если бы ученые могли очень точно измерить пропорции лютеция и хальфния в лунных породах по сравнению с другими материалами той же эпохи, но поступившими из других мест Солнечной системы, такими как метеориты, они могли бы произвести обратные расчеты, чтобы увидеть, когда сформировался слой КРИПА — и, следовательно, когда Луна почти закончила охлаждаться.
|
|
|
|
Проблема в том, что у нас есть только небольшие, но ценные образцы лунных пород. Поэтому команде, включая Синди Си Чен, 22-летнюю доктора философии, пришлось разработать чрезвычайно строгие методы для выделения различных элементов.
|
|
|
|
Проанализировав крошечные образцы лунных пород, полученные в ходе многочисленных миссий "Аполлон", они определили возраст остывания Луны: 4,43 миллиарда лет до настоящего времени.
|
|
|
|
Основываясь на других исследованиях, ученые полагают, что Луне потребовалось бы около 20 миллионов лет, чтобы остыть до такого уровня. Если смотреть в обратном направлении, то получается, что сама Луна образовалась примерно 4,45 миллиона лет назад.
|
|
|
|
Это говорит нам не только об истории Луны, но и о формировании Земли, поскольку столкновение, в результате которого появилась Луна, вероятно, было также последним крупным воздействием на Землю — оно ознаменовало дату, когда Земля, возможно, впервые обрела стабильность и стала пригодной для жизни.
|
|
|
|
"Это открытие хорошо согласуется с другими доказательствами — это отличное место, где мы можем быть в процессе подготовки к получению дополнительных знаний о Луне от миссий "Чанг-и" и "Артемида", - сказал Дофас. "У нас есть ряд других вопросов, которые ждут ответа".
|
|
|
|
Дофас сказал, что посвятил это исследование памяти своей жены и коллеги-геохимика Рейки Йокочи, профессора-исследователя в UChicago, которая скончалась в 2024 году. "Она сыграла важную роль во всех аспектах моих исследований", - сказал он.
|
|
|
|
Источник
|
