Исследование, проведенное под руководством ученых из Музея Филда и Университета Глазго, стало возможным, благодаря установке атомно-зондовой томографии Северо-Западного университета, которая "зафиксировала" возраст самого старого кристалла в образце. Определив, сколько лет найденным в собранной на Луне пыли характерным кристаллам циркона,, исследователи смогли составить временную шкалу формирования спутника Земли.

"Эта работа является свидетельством огромного технологического прогресса, которого мы достигли с 1972 года, когда последняя пилотируемая лунная миссия вернулась на Землю, — говорит соавтор исследования, Дитер Исхайм из Северо-западного университета. — Эти образцы были доставлены полвека назад, но только сегодня мы обладаем инструментами для проведения микроанализа на необходимом уровне, включая атомно-зондовую томографию".

Такой подход позволил исследователям подсчитать, сколько атомов в кристаллах циркона подверглось радиоактивному распаду. В ходе этого процесса, атом теряет протоны и нейтроны, превращаясь в различные элементы. Уран, например, распадается на свинец. Поскольку ученые установили, сколько времени требуется для этого процесса, они могут оценить возраст образца, взглянув на доли урана и свинца.

"Радиометрическое датирование работает как песочные часы, — говорит старший автор исследования Филипп Хек из Музея Филда. — В них песок перетекает из одной стеклянной колбы в другую, а течение времени определяется скоплением песка в нижней части. Радиометрическое датирование работает аналогичным образом, подсчитывая количество родительских и дочерних атомов. Таким образом можно вычислить ход времени, поскольку известна скорость трансформации".

Более четырех миллиардов лет назад, когда Солнечная система была еще молода, а Земля еще росла, в нее врезался гигантский объект размером с Марс. От нашей планеты откололся колоссальный кусок, который расплавился от энергии удара. В конечном итоге этот раскаленный камень стал Луной.

"Когда она была расплавлена, кристаллы циркона не могли сформироваться и сохраниться, — объясняет Хек. — Так что, любые кристаллы на поверхности Луны должны были образоваться после того, как лунный океан магмы остыл. В противном случае они были бы расплавлены, и их химические признаки были бы стерты".

Поскольку выходит, что кристаллы образовались после того, как поверхность спутника остыла, определение их возраста позволило бы определить минимально возможный возраст Луны. Чтобы точно рассчитать максимально возможный возраст, исследователи обратились к приборам атомной томографии Северо-Западного университета.

"В атомно-зондовой томографии мы начинаем с заострения части лунного образца до очень острого кончика, используя микроскоп с фокусированным ионным лучом, почти как причудливую точилку для карандашей, — говорит ведущий автор исследования Дженника Грир из Университета Глазго. — Затем мы используем ультрафиолетовые лазеры для испарения атомов с поверхности этого наконечника. Атомы проходят через масс-спектрометр, и то, насколько быстро они движутся, говорит нам о том, насколько они тяжелы, что, в свою очередь, показывает из чего они состоят".

Определив материалы в образце и проведя радиометрическое датирование, исследователи пришли к выводу, что возраст самых старых кристаллов составляет около 4,46 миллиарда лет. Это означает, что Луне должно быть как минимум столько же. 

По словам Хека, важно знать, когда образовалась Луна, потому что она "является значимым партнером в нашей планетарной системе. Она стабилизирует ось вращения Земли. Это причина того, что в сутках 24 часа. Она причина, по которой у нас бывают приливы и отливы. Без Луны жизнь на Земле выглядела бы по-другому. Это часть нашей природной системы, которую мы хотим лучше понять, и исследование представляет собой крошечный кусочек головоломки во всей картине".

Исследование было опубликовано в журнале Geochemical Perspectives Letters.