NASA månesten hjælper med at danne et nyt billede af tidlig måne og Jorden

De fleste mennesker møder kun rubidium som den lilla farve i fyrværkeri, men det obskure metal har hjulpet to forskere fra University of Chicago med at foreslå en teori om, hvordan månen kan være dannet.

Udført i laboratoriet af prof. Nicolas Dauphas, hvis banebrydende forskning studerer den isotopiske sammensætning af sten fra Jorden og månen, den nye undersøgelse målte rubidium i begge planetariske legemer og skabte en ny model til at forklare forskellene. Gennembruddet afslører ny indsigt i en gåde om månens dannelse, der har grebet månevidenskabens felt i det sidste årti, kendt som "måne-isotopkrisen".

Denne krise startede, da nye testmetoder afslørede, at jordens og månens klipper har slående ens niveauer af nogle isotoper, men meget forskellige niveauer af andre. Dette forvirrer begge store scenarier for, hvordan månen blev dannet:det ene er, at et kæmpe objekt smadrede ind i Jorden og tog en del med sig på vej til at blive til månen (i hvilket tilfælde månen skulle have en helt anden form, mest den fremmede genstand); og den anden er, at dette objekt udslettede Jorden, og de to himmellegemer blev til sidst dannet ud af de resulterende splinter (i hvilket tilfælde de to makeups skulle være næsten identiske).

"Der mangler tydeligvis noget der, " sagde Nicole Nie, første forfatter til undersøgelsen, for nylig udgivet i Astrofysiske tidsskriftsbreve . En tidligere kandidatstuderende i Dauphas' laboratorium, Nie er nu på Carnegie Institution for Science.

For at teste forskellige teorier, Dauphas' laboratorium har en samling af månesten udlånt fra NASA, (repræsenterer hver Apollo-mission, der indhentede prøver). Nie fandt på en streng måde at måle rubidiums isotoper - et grundstof, der aldrig var blevet målt præcist i månens sten, fordi det er så svært at isolere fra kalium, som er kemisk meget ens.

Rubidium er et af en familie af grundstoffer, der konsekvent viser sig med forskellige proportioner af isotoper i månen sammenlignet med Jorden. Da Nie undersøgte måneklipperne, hun fandt ud af, at de faktisk indeholdt færre af rubidiums lette isotoper og flere tunge end jordklipperne gør.

"Der var virkelig ingen rammer for, hvordan denne forskel skete, " sagde Dauphas, professor ved Institut for Geofysiske Videnskaber. "Så vi besluttede at lave en."

De tog udgangspunkt i ideen om, at både Jorden og det gigantiske objekt blev fordampet efter nedslaget. I dette scenarie, en masse, der vil blive til Jorden, smelter langsomt sammen, og en ydre ring af affald dannes omkring den. Det er stadig så varmt, næsten 6, 000 grader Fahrenheit, at denne ring sandsynligvis er et luftigt ydre lag af damp, der omgiver en kerne af flydende magma.

Over tid, Nie og Dauphas antager, de lettere isotoper af grundstoffer som rubidium fordamper lettere. Disse kondenserer til jorden, mens resten af ​​de tungere isotoper efterladt i ringen til sidst danner månen.

Dette fortalte dem mere om, hvordan den tidlige måne og Jorden ville have set ud. Fordi de ved præcis, hvor meget mere af de lettere isotoper der fordampede, de arbejdede baglæns for at finde ud af, hvor mættet damplaget ville have været – jo mere mættet, jo langsommere er fordampningen. (Tænk på at prøve at tørre dit vasketøj ud på en meget fugtig dag i troperne, versus en tør dag i ørkenen.)

Dette er nyttigt, fordi de nøjagtige karakteristika for denne tidlige fase har været svære at fastlægge. Resultaterne passer også fint med tidligere målinger af andre isotoper i månesten, såsom kalium, kobber og zink. "Vores nye scenarie kan kvantitativt forklare månens udtømning af ikke kun rubidium, men også de fleste flygtige elementer, " sagde Nie.

Undersøgelsen er et længe tiltrængt skridt til at forbinde linjerne mellem isotopmålinger og fysiske modeller af de proto-planetariske legemer, sagde Dauphas.

"Dette var et link, der manglede, og vi håber, det vil hjælpe med at begrænse scenarierne for tidlig måne- og jorddannelse fremadrettet, " han sagde.