Opis zestalania wczesnego oceanu magmowego na Księżycu
Przypuszczalnie powierzchnię Księżyca pokrywała niegdyś magma, która z czasem uległa ochłodzeniu i krystalizacji w skalistą powierzchnię, którą znamy z prowadzonych obecnie obserwacji. Na kolejnych etapach tego procesu formowały się różne minerały, z czego niektóre utworzyły skorupę Księżyca, co wyjaśnia pochodzenie znajdowanych na jego powierzchni skał. Dzięki nim dysponujemy poszlakami pozwalającymi nam wypowiadać się na temat ewolucji Księżyca oraz genezy powstawania planet. W modelu tym brak zróżnicowania próbek, które pozwoliłoby na uzyskanie większej dokładności. Misje Apollo(odnośnik otworzy się w nowym oknie) oraz radziecki program Łuna(odnośnik otworzy się w nowym oknie) zbadały zaledwie kilka kilometrów kwadratowych powierzchni naszego satelity, a dane zebrane zdalnymi czujnikami wskazują, że pobrane próbki nie są reprezentatywne dla całej skorupy księżycowej. Projekt MoonDiff, mający wsparcie z działania „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie), pozwolił prześledzić proces zastygania magmowego oceanu na Księżycu. „Po raz pierwszy udało się nam uzyskać podział par radiogennych dla minerałów w warunkach ciśnienia i temperatury panujących na Księżycu”, mówi główny badacz zespołu Joshua Snape z Wolnego Uniwersytetu w Amsterdamie, który pełnił funkcję gospodarza projektu. Ponadto nowe analizy próbek księżycowych pozwoliły ustalić najbardziej prawdopodobny wiek materiału zebranego podczas misji programu Apollo oraz wiek niektórych z najstarszych księżycowych skał wulkanicznych(odnośnik otworzy się w nowym oknie) znajdowanych w meteorytach. Dzięki temu powstała nowa baza danych związków izotopu ołowiu w skałach wulkanicznych pochodzących z Księżyca, która stanowi uzupełnienie opracowanych wcześniej baz dla innych izotopów.
Łączenie analizy izotopowej z nowymi ograniczeniami doświadczalnymi
Celem projektu MoonDiff było stwierdzenie, w których obszarach oceanu magmy znajdowały się poszczególne pierwiastki. „Księżyc stanowi wspaniałe laboratorium naturalne, w którym stare skały pochodzące z pierwszej stałej skorupy uformowanej z oceanu magmy przetrwały na powierzchni”, dodaje Snape. Zespół porównał wcześniejsze analizy izotopów z wynikami własnych doświadczeń. Izotopy(odnośnik otworzy się w nowym oknie) to odmiany jednego pierwiastka chemicznego. W wyniku rozpadu promieniotwórczego(odnośnik otworzy się w nowym oknie) izotopy jednego pierwiastka przechodzą w izotopy innego. Przykładowo w uranowym szeregu promieniotwórczym(odnośnik otworzy się w nowym oknie) uran przechodzi w ołów. O takich pierwiastkach mówi się, że są sparowane. Naukowcy wykorzystują ten proces do oceny wieku i pochodzenia skał, uzyskując w ten sposób podstawę do tworzenia modelu. W doświadczeniach prowadzonych w ramach projektu MoonDiff uzyskano proszki tlenków różnych substancji chemicznych, by otrzymać skład podobny do składu oceanu magmowego na Księżycu. Następnie dodano śladowe ilości badanych pierwiastków, głównie uranu (U), ołowiu (Pb), rubidu (Rb), strontu (Sr), samaru (Sm), neodymu (Nd), lutetu (Lu) i hafnu (Hf). Po przetopieniu do postaci szkła i sproszkowaniu mieszaninę podgrzano za pomocą układu tłokowo-cylindrycznego(odnośnik otworzy się w nowym oknie) do temperatury 1 000–1 300 stopni Celsjusza i poddano działaniu ciśnienia 1–2 gigapaskali (10 000–20 000 atmosfer), symulując tym samym warunki panujące wewnątrz Księżyca. Uzyskano w ten sposób kryształy tych samych minerałów, które uformowały się na młodym Księżycu. Kryształy zbadano pod kątem występowania w nich różnych pierwiastków śladowych, określając ilość tak zwanych zachowań podziałów(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w strukturze krystalicznej minerału. Wyników użyto w modelach, które określały proporcje różnych minerałów mających szansę tworzyć się na poszczególnych etapach krystalizacji magmy. W ten sposób ograniczono wartości stosunków pierwiastków sparowanych, które powinny pojawiać się w różnych obszarach na Księżycu. Porównano je z obliczeniami przeprowadzonymi dla faktycznie pobranych próbek. Badaczom udało się odtworzyć stosunki ilości Rb/Sb i Sm/Nd właściwe dla pomiarów z próbek, za to stosunek U/Pb okazał się być bardziej problematyczny. Na podstawie próbek naturalnych można stwierdzić, że stosunek zawartości U/Pb powinien być znacznie wyższy niż wyniki uzyskiwane doświadczalnie lub wynikające z obowiązujących obecnie modeli. „Księżyc może być znacznie młodszy, niż pierwotnie przypuszczaliśmy, i mieć około 4,4 miliarda lat. Ewentualnie, jeśli założyć, że jest starszy i ma 4,5 miliarda lat, należałoby przyjąć, że do jego jądra trafiła duża ilość ołowiu lub został on rozproszony w kosmosie po licznych zderzeniach z planetoidami i kometami”, wyjaśnia Snape. Zespół będzie teraz badać, w jaki sposób takie zderzenia mogłyby wyjaśniać te anomalie.
