Diamant skinner sit lys på måneklipperne fra Apollo-missioner, Mars-meteoritter og Vesta

Næsten 50 år efter vores første skridt på månen, prøver fra Apollo-missionerne, Mars og Vesta har stadig meget at fortælle os om dannelsen af ​​planeterne og jordens vulkaner, og Diamond Light Source er med til at kaste lys over disse indsigter.

Et internationalt samarbejde, der involverer forskere på Tenerife, USA og Storbritannien, bruger Diamond Light Source, Storbritanniens nationale synkrotron til at undersøge virkningen af ​​tyngdekraften på klippeplaneter. De vil undersøge tre milliarder år gamle sten fra månen indsamlet under Apollo-missionerne, samt meteoritter fra Mars, Vesta, og andre miljøer indsamlet i Antarktis.

Holdet – ledet af Dr. Matt Pankhurst, Instituto Volcanológico de Canarias/(det kanariske vulkanlogiske institut (INVOLCAN) med medforskerne Dr. Ryan Zeigler, NASA; Dr. Rhian Jones, University of Manchester; Dr. Beverley Coldwell, ITER; Dr. Hongchang Wang, Diamant lyskilde; Dr. Robert Atwood, Diamond Light Source og Dr. Nghia Vo, Diamond Light Source - sigter mod at bruge prøverne til at foretage sammenligninger mellem processer og tidsskalaer, der danner lignende klipper, som er indsamlet fra forskellige gravitationsforhold.

Det forsamlede hold skal teste hypotesen om, at en nøglemekanisme i magmas tilblivelse og udvikling er afhængig af tyngdekraften for fysisk at adskille krystaller fra hvor de blev dannet i en smelte, og til grød i bunden af ​​magmalegemer. Denne mekanisme bør ikke fungere i nul tyngdekraft, men bør fungere i varierende grad på stenede kroppe. De er i stand til at udføre denne forskning på grund af det udstyr og de analytiske evner i realtid, der er tilgængelige hos Diamond.

Resultaterne kan ekstrapoleres for at hjælpe med at modellere forholdene på og inde i større planeter, som kunne give os mere information om prioritering af forskning i exoplaneter og søgen efter liv.

Dette vil være det andet besøg på Diamond for Dr. Matt Pankhurst. Han forklarer:"Ved vores tidligere besøg, vi brugte en ny billedbehandlingsteknik udviklet hos Diamond til at udføre 3D-kortlægning af olivin – et almindeligt grønt mineral, der findes i jordens undergrund og i disse måne- og andre stenprøver. Disse kort informerede vores forståelse af, hvordan tyngdekraften påvirker geologiske processer og hjælper med at forstå dem på større planeter og andre klippelegemer."

I magma, forholdet mellem jern og magnesium i olivin ændrer sig over tidsrammer fra timer til måneder, og disse ændringer er 'låst' til mineralet, når magmaen afkøles. Nøjagtige 3D-billeder af jernfordelingen i olivin i månen og andre prøver vil 'låse op' information om de magmatiske processer, hvori de er dannet. Dr. Pankhurst fortsætter:

"Vulkaniske bjergarter begynder at dannes under overfladen og slutter med at dannes, når de er brudt ud og er helt frosset. Det, vi sigter efter at rekonstruere ud fra disse klippeprøver, er information som f.eks. hvad mønstrene for magmastrømmen i det vulkanske system var, hvordan varigheden af ​​magmalagringen var, og potentielt endda identificere udbrudsudløser. Dataene vil blive analyseret ved hjælp af state-of-the-art diffusionsmodellering, som vil etablere historien om individuelle krystaller."

Holdet har tidligere undersøgt prøver fra Apollo 12 og 15 missionerne, ved hjælp af en avanceret røntgenspret-billedteknik udviklet på Beamline B16 hos Diamond Light Source. Denne gang vil de bruge Beamline I12 til at producere computertomografibilleder i høj opløsning af prøverne. Dr. Robert Atwood, beamline videnskabsmand på I12 tilføjer:"Beamline I12 tilbyder en stor, monokromatisk, enkelt bølgelængde, Røntgenstråle med valgbare fotonenergier mellem 53 og 150 keV. En sådan stråle kan trænge gennem tætte prøver som månens klipper og meteoritter, der studeres af Dr. Pankhursts team. Materialernes absorption af røntgenstråler afhænger af røntgenfotonenergien. Ved at scanne prøverne med en enkelt fotonenergistråle, røntgenabsorptionsegenskaberne for mineralerne i prøverne kan bestemmes, give information om den lokale kemi. Vi har også udviklet en speciel spiral tomografisk scanningsteknik med forbedret datakvalitet, hvilket er vigtigt for de mineralogiske undersøgelser af disse dyrebare eksemplarer."

Dr. Pankhurst fortsætter:"Næsten 50 år efter de første mennesker landede på månen, der er stadig meget, vi ikke ved om, hvordan månen blev dannet, og arten af ​​månens vulkanske aktivitet. Vi ved det, på jorden, vulkanudbrud kan udløses (eller afsluttes) af ændringer i magma (smeltet sten) i eller under planetens skorpe. Kemiske optegnelser i krystaller kan bruges til at fortælle os om den fysiske dynamik inde i magmaet, der fører op til et udbrud. Al fysisk dynamik er underlagt tyngdekraften, så at se på kemiske optegnelser i krystaller, der er dannet under forskellig tyngdekraft, giver os ikke kun et indblik i udviklingen af ​​klippeplaneter, men også en værdifuld baseline til at fortolke terrestriske optegnelser. Ved at få adgang til dynamikken i magmaer fra fortiden, Målet er at bygge et bibliotek over, hvad der sker før et udbrud, som vil understøtte mere nøjagtige prognoser for fremtidige udbrud."

NASA har godkendt brugen af ​​18 måneprøver til disse eksperimenter, og lignende, velkarakteriserede terrestriske prøver er også blevet scannet, og bruges til at verificere den kemiske sammensætning af olivin. Prøver udlånes til forskere, der ønsker at studere dem, en proces overvåget af NASAs Apollo-prøvekurator, Ryan Zeigler. Som en videnskabsmand, der forstår afvejningen mellem at studere prøverne og bevare dem, der skal skabes en balance i eksperimentdesign. Disse beslutninger bliver lettere, efterhånden som vi udvikler os mere kraftfulde, ikke-destruktive teknikker. Han kommenterer:

"Forskerne bruger nu state-of-the-art diffusionsmodellering til at etablere historien om individuelle olivinkrystaller fra 3-D-billeder. Disse teknikker vil blive anvendt på de nye data indsamlet i løbet af denne stråletid. Resultaterne vil føje til vores forståelse af måne- og planetdannelse, emner, som konstant har været diskuteret, siden prøverne først blev returneret til Jorden."

Diamond har en enorm erfaring med at undersøge uvurderlige arvegenstande og få ny indsigt fra dem. Ved at bruge disse teknikker, vi kunne studere Storbritanniens månestensprøver på nye måder, og disse friske billeder ville give dem mere mening og inspirere den næste generation af videnskabsmænd og ingeniører.