月球比之前想象的要老4000万年

通过分析 1972 年阿波罗 17 号宇航员收集的微小月球晶体，研究人员重新计算了月球的年龄。尽管之前的评估估计月球已有 44.25 亿年的历史，但新的研究发现它实际上有 44.6 亿年的历史——比之前认为的要早 4000 万年。

这项研究由菲尔德博物馆和格拉斯哥大学的研究人员领导，西北大学的原子探针断层扫描设备使这项研究成为可能，该设备“确定”了样本中最古老晶体的年龄。通过揭示这些隐藏在从月球收集的尘埃中的锆石晶体的年龄，研究人员能够拼凑出月球形成的时间线。

该 研究 今天(10 月 23 日)发表在《地球化学展望快报》杂志上。

“这项研究证明了自 1972 年最后一次载人登月任务返回地球以来我们所取得的巨大技术进步，”该 研究的合著者、西北大学的迪特·伊斯海姆 (Dieter Isheim)说。“这些样本是半个世纪前带到地球的，但直到今天我们才拥有必要的工具来进行必要水平的微分析，包括原子探针断层扫描。”

逐个原子分析使研究人员能够计算出锆石晶体中有多少原子经历了放射性衰变。当原子经历衰变时，它会释放出质子和中子，转变成不同的元素。例如，铀会衰变成铅。因为科学家已经确定了这个过程需要多长时间，所以他们可以通过观察铀和铅原子的比例来评估样本的年龄。

“辐射测年法有点像沙漏，”该研究的资深作者、菲尔德博物馆的菲利普·赫克 (Philipp Heck) 说。“在沙漏中，沙子从一个玻璃球流到另一个玻璃球，随着时间的流逝，沙子在下球球中的积累表明了这一点。放射性测年法的工作原理类似，通过计算母原子的数量和它们转变为的子原子的数量。因为转化率是已知的，所以可以计算出时间的流逝。”

Isheim 是西北大学麦考密克工程学院材料科学与工程研究副教授， 也是西北大学 原子探针断层扫描中心 (NUCAPT) 的经理。 麦考密克大学材料科学与工程学院 Walter P. Murphy 名誉教授、NUCAPT 创始主任David Seidman也是这项研究的合著者。赫克是菲尔德博物馆罗伯特·A·普利兹克陨石和极地研究馆长、尼高尼互动研究中心高级主任和芝加哥大学教授。格拉斯哥大学研究副教授珍妮卡·格里尔是该研究的主要作者。当研究开始时，她是一名博士学位。赫克实验室的候选人。

超过40亿年前，当太阳系还很年轻、地球还在成长时，一个火星大小的巨大物体撞向了地球。一个巨大的块体从地球上脱落形成了月球，撞击的能量融化了岩石，最终形成了月球表面。

“当表面像这样熔化时，锆石晶体就无法形成和存活，”赫克说。“所以，月球表面的任何晶体一定是在月球岩浆海洋冷却后形成的。否则，它们就会被熔化，化学特征也会被抹去。”

由于晶体必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可能的最小年龄。但是，为了确定月球的最大可能年龄，研究人员求助于西北大学的原子探针断层扫描仪器。

“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锋利的尖端，几乎就像一个非常奇特的卷笔刀，”格里尔说。“然后，我们使用紫外激光从尖端表面蒸发原子。原子穿过质谱仪，它们移动的速度告诉我们它们有多重，进而告诉我们它们是由什么构成的。”

在确定了样品中的材料并进行了放射性测年之后，研究人员得出结论，最古老的晶体距今大约有 44.6 亿年。这意味着月球至少有那么古老。

赫克说，了解月球形成的时间很重要，因为“月球是我们行星系统的重要伙伴。它稳定地球的自转轴。这就是一天有24小时的原因。这就是我们有潮汐的原因。如果没有月球，地球上的生命将会有所不同。这是我们自然系统的一部分，我们希望更好地理解它，而我们的研究为整个图片提供了一个小小的拼图。”

这项名为“4.46 Ga 锆石锚定月球岩浆海洋年代学”的研究得到了宇航局和菲尔德博物馆妇女委员会女性科学研究研究生奖学金的支持。NUCAPT 得到国家科学基金会、海研究办公室和 Paula M. Trienens 可持续发展与能源研究所的支持。

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