来自阿波罗任务的晶体发现月球比科学家认为的要早4000万年

40多亿年前，当太阳系还很年轻，地球还在生长的时候，一个火星大小的巨大物体撞向了地球。从早期地球断裂的最大部分形成了我们的月球。但究竟何时发生这一切仍然是一个谜。

在《 地球化学观点快报》杂志上的一项新研究中，研究人员使用阿波罗宇航员在1972年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推迟了4000万年，至少到44.6亿年。

“这些晶体是巨大撞击后形成的最古老的已知固体。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点，“菲尔德博物馆的Robert A. Pritzker陨石和极地研究策展人，Negaunee互动研究中心高级主任，芝加哥大学教授，该研究的资深作者Philipp Heck说。

这一发现源于赫克与该研究的主要作者詹妮卡·格里尔（Jennika Greer）的合作，当时她是菲尔德博物馆和芝加哥大学的博士候选人。“我们的合著者Bidong Zhang和Audrey Bouvier与我们联系，他们需要对这些样本进行纳米级观察才能完全理解它们，”Greer说，他现在是格拉斯哥大学的研究助理。

研究中使用的月球尘埃样本是由阿波罗17号宇航员在最后一次载人登月任务中带回的。这些尘埃含有数十亿年前形成的微小晶体。这些晶体是月球何时形成的明显迹象。

当火星大小的物体撞击地球并形成月球时，撞击的能量融化了最终成为月球表面的岩石。

“当表面像这样熔融时，锆石晶体无法形成和存活。因此，月球表面的任何晶体都必须是在月球岩浆海洋冷却后形成的，“赫克说。“否则，它们会被熔化，它们的化学特征会被抹去。

由于晶体一定是在岩浆海洋冷却后形成的，因此确定锆石晶体的年龄将揭示月球的最小可能年龄。合著者Bidong Zhang之前的一项研究提出了这个年龄，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，该方法确定了这种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月球样品的一部分锐化成非常锋利的尖端，几乎就像一个非常花哨的卷笔刀，”格里尔说。“然后，我们使用紫外激光从尖端表面蒸发原子。原子通过质谱仪，它们的移动速度告诉我们它们有多重，这反过来又告诉我们它们是由什么组成的。

这项使用西北大学的仪器进行的逐个原子的分析显示了锆石晶体内部有多少原子经历了放射性衰变。当原子核中的质子和中子构型不稳定时，它会经历衰变，脱落其中一些质子和中子并转化为不同的元素。例如，铀衰变成铅。科学家们已经确定了这个过程需要多长时间才能发生，通过观察样本中存在的不同铀和铅原子（称为同位素）的比例，他们可以判断它的年龄。

“辐射测年法有点像沙漏，”赫克说。“在沙漏中，沙子从一个玻璃灯泡流向另一个玻璃灯泡，时间的流逝由下部灯泡中沙子的积累来表示。辐射测年的工作原理类似，通过计算母原子的数量和它们转化为的子原子的数量。然后可以计算时间的流逝，因为转化率是已知的。

研究人员发现的铅同位素比例表明，该样本大约有44.6亿年的历史。因此，月亮至少必须那么老。

“能够证明你手中的岩石是我们迄今为止发现的最古老的月球，真是太神奇了。它是许多关于地球的问题的锚点。当你知道某物有多老时，你就可以更好地了解它的历史发生了什么，“格里尔说。

赫克说，知道月亮是什么时候形成的很重要，因为“月亮……稳定地球的自转轴，这是一天有24小时的原因，也是我们有潮汐的原因。没有月球，地球上的生命看起来会有所不同。这是我们想要更好地理解的自然系统的一部分，我们的研究为整个画面提供了一个小小的拼图。

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贡献。