Луната е по-стара, отколкото си мислехме

Измина половин век, откакто хората стъпват на Луната, но лунните камъни, събрани от тези астронавти, все още разкриват важна информация за естествения спътник на Земята. Част от този материал е съхраняван в продължение на десетилетия, за да може да бъде изследван с по-модерни научни инструменти. Сега лунният материал, събран през 1972 г., показва, че Луната е милиони години по-стара, отколкото се смяташе досега.

Чрез изучаване на атомните улики, уловени в кристали циркон, един от най-старите минерали, оцелели от образуването на луната, учените установяват, че Луната е най-малко на 4,46 милиарда години. Изследването, публикувано в Geochemical Perspectives Letters, увеличава измерените по-рано възрасти с 40 милиона години, което е по-близо до раждането на Слънчевата система преди приблизително 4,57 милиарда години.

Определянето на възрастта на Луната може да помогне на учените да подредят хронологично последователността от събития през тези критичните ранни дни. „Времето е всичко“, казва водещият автор Дженика Гриър, космохимик в Университета в Глазгоу, която е работила по проекта като студентка в Чикаския университет. „Нашата Слънчева система съществува от известно време, но през тези първи милиони години се случват наистина много динамични процеси.“

Първоначално младата Земя няма луна - тя е самотна планета, обикаляща около първичното слънце. Първите дни на Земята обаче са всичко друго, но не и спокойни. Учените вярват, че в началото на историята на нашата планета обект с размерите на Марс се е ударил в прото-Земята, променяйки двата свята.

Топлината от удара втечнила всичко — младата Земя и обекта, който се удря в нея — сливайки двете тела в едно. От тази маса се откъсва по-малка топка от разтопена скала, която попада в стабилна орбита и в крайна сметка се охлажда, за да образува Луната.

Вътрешността на Луната се увива в различни слоеве на мантията и кората. Нови минерали изкристализират от скалната стопилка и едни от последните, които се образуват, са цирконите. Тези кристали улавят последните етапи от втвърдяването на Луната в скала, отбелязвайки началото на нашия естествен спътник такъв, какъвто го познаваме днес.

Цирконите са любим минерал на учените поради тяхната издръжливост. Тези кристали могат да издържат на атмосферни влияния в продължение на милиарди години, запазвайки геохимичните тайни на своето раждане. Те също така улавят уранови изотопи от околната среда, докато се образуват, което служи като таймер, който започва от момента, в който цирконите кристализират.

Урановите изотопи се разпадат до олово с предвидими скорости. Чрез преброяване на броя на оловните атоми, които се образуват, и на атомите на урана, които остават, изследователите могат да определят колко време е минало, откакто цирконите са се втвърдили от разтопен материал.

Авторите на изследването проучват цирконите, намиращи се в проба от лунна скала, събрана по време на мисията “Аполо 17” през 1972 г., и конструират 3D карта на атомите. Преброяването на оловните изотопи дава възраст от 4,46 милиарда години - най-старата възраст на формиране на лунната кора досега.

Тази възраст е определена и преди това от сътрудниците на Гриър, водени от Бидон Джан и Одри Бувие през 2021 г., но докладът е посрещната със скептицизъм. Критиците посочват факта, че оловните атоми са склонни да мигрират, образувайки джобове с високи или ниски концентрации в скалата. В зависимост от това къде се търси, има шанс да се натъкнат на такива неравномерно разпределени оловни зони, което да доведе до грешно изчисляване на възрастта на циркона.

За да намали вероятността от грешка, Бувие се обръща към екипа на Гриър за повторно преброяване на атомите, този път с йонна сонда, която може да вземе проби от скалата при много по-висока пространствена разделителна способност, от използваната в предишното изследване. Една по-фина сонда би позволила на екипа да идентифицира наноразмерни области от обогатени или изчерпани оловни атоми, в случай че има такива. Но те не откриват нищо.

„В този циркон всичко беше хомогенно, така че дори не трябваше да се тревожим за това“, казва авторът на изследването Филип Хек, космохимик в Музея “Фийлд” и Чикагския университет. Резултатът потвърждава, че измерената преди това възраст от 4,46 милиарда години е точна.

„Това е много, много хубаво проучване“, казва Мелани Барбони, геохимик от Държавния университет на Аризона, която не участва в изследването. Но тя е изследвала други изотопи в лунните циркони и открива, че вътрешността на Луната за първи път се е утаила в отделни слоеве преди 4,51 милиарда години, момент, който предшества последните етапи на образуване на кората, уловени в новото изследване.

Точното определяне на това кога Луната се е втвърдила дава на бъдещите изследователи отправна точка за моделиране на нейната еволюция. „Хронологията ни помага да поставим всичко в контекст“, казва Гриър. "Едва тогава можем да започнем да разбираме протичащите процеси." Знанието какво и кога се е случило по време на формирането на Луната може да помогне да се обясни защо нашият естествен спътник изглежда така, както изглежда днес.

Но истинският интерес към изучаването на Луната се крие в това, което тя може да ни каже за Земята. Като небесни спътници с общ произход, съдбите на Земята и Луната са свързани. Но подобно на хитър престъпник, геологично активната Земя има склонност да погребва и унищожава доказателства за минали събития. Луната е по-малко измамен партньор - липсата на тектонична активност означава, че геоложките записи на повърхността се запазват векове.

Учените могат да разгледат лунните доказателства, за да направят извод какво може да се е случило и на Земята по същото време. Например, в този съдбоносен сблъсък, който формира Луната, Земята е станала необитаема - нищо не би могло да оцелее след такова катастрофално събитие - и цялата вода може да се е изпарила, казва Гриър. Ако е така, тогава водата трябва да е била върната на нашата планета в някакъв момент, може би при удари на астероиди, които биха оставили улики и на Луната.

Докато новото изследване датира завършването на формирането на Луната на минимум 4,46 милиарда години, целият процес, от планетарния сблъсък до евентуалното втвърдяване, се е развивал в продължение на хилядолетия. Цирконите представляват последните остатъци от лунния магмен океан - последната глава от бурното начало на Луната и началото на нейния по-спокоен период.

И Хек, и Барбони няма да се изненадат, ако бъдещи изследователи открият по-стар циркон, който дава още по-стара възраст на Луната.

В момента се работи по няколко мисии за връщане на лунни проби от места, където никой не е бил досега. През 2024 г. Китай ще стартира роботизирана мисия, която ще върне проби от обратната страна на Луната, а мисията на НАСА “Артемида III” (Artemis III) има за цел да приземи хора на Южния полюс на Луната през декември 2025 г. Новите скали, събрани на тези места, могат да помогнат за по-точно разбиране на историята за произхода на Луната.