月球晶体研究表明，月球比我们想象的要老4000万年

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1972年，阿波罗17号宇航员哈里森·施密特被月球尘埃覆盖。鸣谢:美国宇航局

（）据菲尔德博物馆：40多亿年前，当太阳系还很年轻，地球还在成长的时候，一个火星大小的巨型物体撞上了地球。早期地球分离出的最大一块形成了我们的月球。但是这到底是什么时候发生的仍然是个谜。

在《地球化学透视快报》杂志上的一项新研究中，研究人员利用1972年阿波罗宇航员从月球带回的晶体来帮助确定月球形成的时间。他们的发现将月球的年龄提前了4000万年，至少为44.6亿年。

“这些晶体是大撞击后形成的已知最古老的固体。因为我们知道这些晶体的年龄，所以它们可以作为月球年表的锚，”菲利普·赫克说，他是菲尔德博物馆陨石和极地研究的罗伯特·a·普利茨克策展人，也是芝加哥大学教授、尼古尼互动研究中心的高级主任，也是这项研究的高级作者。

这一发现源于赫克与该研究的主要作者詹妮卡·格里尔的合作，当时她是菲尔德博物馆和芝加哥大学的博士生。“我们的合著者张必东和奥黛丽·布维耶找到了我们，他们需要对这些样本进行纳米尺度的观察，以便完全了解它们，”格里尔说，他现在是格拉斯哥大学的副研究员。

研究中使用的月尘样本是由阿波罗17号宇航员在1972年最后一次登月任务中带回的。这些尘埃包含数十亿年前形成的微小晶体。这些晶体是月球形成的迹象。



研究原子探测器的主要作者Jennika Greer。鸣谢:西北大学的迪特·伊希姆。

当火星大小的物体撞击地球并形成月球时，撞击的能量熔化了最终成为月球表面的岩石。“当表面像那样熔化时，锆石晶体无法形成和存活。因此，月球表面的任何晶体肯定是在月球岩浆海洋冷却后形成的，”赫克说。"否则，它们早就被融化了，它们的化学特征也会被抹去."

由于晶体肯定是在岩浆海洋冷却后形成的，确定锆石晶体的年龄将揭示月球的最小可能年龄。合著者张必东(Bidong Zhang)之前的一项研究表明了这一年龄，但最近的这项研究标志着首次使用一种称为原子探针断层扫描的分析方法，“确定”了这一已知最古老的月球晶体的年龄。

“在原子探针断层扫描中，我们首先使用聚焦离子束显微镜将一块月球样本削成非常尖的尖端，就像非常别致的卷笔刀一样，”格里尔说。“然后，我们用紫外激光从针尖表面蒸发原子。原子穿过质谱仪，它们移动的速度告诉我们它们的重量，这反过来告诉我们它们是由什么组成的。”



显微镜下的月球锆石颗粒。信用:珍妮卡格里尔。

使用西北大学的仪器进行的逐原子分析显示了锆石晶体中有多少原子经历了放射性衰变。

当一个原子的原子核中有不稳定的质子和中子结构时，它会经历衰变，释放出一些质子和中子，并转变成不同的元素。例如，铀衰变为铅。科学家已经确定了这一过程需要多长时间，通过观察样本中不同铀和铅原子(称为同位素)的比例，他们可以知道它有多古老。

赫克说:“放射性年代测定有点像沙漏。”。“在沙漏中，沙子从一个玻璃球流到另一个玻璃球，时间的流逝由下部玻璃球中沙子的积累来表示。放射性年代测定法的工作原理类似于计算母原子的数量和它们转化成的子原子的数量。因为转化率是已知的，所以可以计算时间的流逝。”

研究人员发现的铅同位素比例表明，该样本约有44.6亿年历史。因此，月球至少有那么老。



月亮水晶的微观尖端。信用:珍妮卡·格里尔

“能够有证据证明你手中的这块石头是我们迄今为止发现的最古老的月球碎片，这太不可思议了。它是许多关于地球问题的定位点。“当你知道一件东西有多古老时，你就能更好地理解它在历史上发生了什么，”格里尔说。

赫克说，知道月亮何时形成很重要，因为“月亮是我们行星系统中的重要伙伴——它稳定了地球的旋转轴，这是一天有24小时的原因，这是我们有潮汐的原因。没有月球，地球上的生命看起来会不同。这是我们想要更好地了解的自然系统的一部分，我们的研究提供了整个画面中的一小块拼图。”

这项研究由格拉斯哥大学的Jennika Greer、加州大学洛杉矶分校的B. Zhang、西北大学的D. Isheim和D.N. Seidman、拜罗伊特大学的A. Bouvier和菲尔德博物馆的Philipp Heck共同完成。