月球比我们想象的要老4000万年

月球是我们在太空中最近的邻居，也是人类踏足的唯​​一天体，但我们仍在了解它。事实上，地球的月球可能比科学家之前认为的要老 4000 万年。通过对 1972 年阿波罗宇航员带回的晶体进行原子级分析，一个由地球化学家和全体科学家组成的团队现在计算出，这个火成岩球至少有 44.6 亿年的历史。这些发现发表在今天的《地球化学展望快报》杂志上的一项研究中。

命运交织

根据从月球表面回收的样本，我们知道月球形成于 40 多亿年前，当时一颗火星大小的巨型物体撞上了非常年轻的地球。在那次碰撞中，地球最大的碎块成为了我们的月球，从那时起就一直与太阳系交织在一起。

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“地球上的生命随着月球而进化，月球对地球上的生命也有影响，”研究合著者、宇宙化学家菲利普·赫克告诉《PopSci》 。“它给我们灵感，这反映在文化遗产中，但它也有其他有益的影响，比如稳定地球的自转轴。”

赫克是芝加哥菲尔德博物馆陨石收藏馆馆长，也是芝加哥大学的教授。他说，由于地形的差异，研究月球也有助于我们了解我们自己的星球。

“地球表面要年轻得多，因为火山活动和风化作用等地质活动非常多，”赫克解释道。“月球表面本质上是太阳系动力学的档案。这是我们在地球上没有的记录，但我们星球的演化与早期太阳系发生的这些撞击息息相关。”

历史视角

在这项研究中，研究小组观察了阿波罗 17 号机组人员带回的月球尘埃。1972 年登月时，NASA 地质学家哈里森·施密特收集了多块岩石，以便带回地球进行研究。他的样本含有数十亿年前形成的非常小的晶体，可以帮助揭示月球的形成时间。

撞击地球并形成月球的物体产生的能量熔化了最终形成月球表面的岩石。这为了解月球自诞生以来就存在于其上的元素以及后来出现的元素提供了线索。例如，锆是一种在地球和月球上都发现的银金属，它无法在熔融的月球表面形成和存活：目前在月球上存在的任何锆石晶体都必须在岩浆海洋冷却后形成。因此，确定这些结构的年龄可以揭示月球的最小可能年龄，假设它们是在撞击后立即出现的。

逐个原子地观察

研究人员此前曾提出月球的年龄比预估的要大，但这项新研究首次使用一种名为原子探针断层扫描的分析方法，从人类所取回的已知最古老的月球晶体中确定其年龄。

“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，就像一个非常精致的铅笔刀一样，”研究合著者、行星科学家 Jennika Greer 在一份声明中说道。“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，它们的移动速度告诉我们它们的重量，进而告诉我们它们是由什么构成的。”

这种逐原子分析揭示了锆石晶体中有多少经历了放射性衰变——在这一过程中，结构不稳定的原子会释放一些质子和中子。然后它们会转化成不同的元素，就像铀会衰变成铅一样。根据转化量和不同化学同位素的已知半衰期，专家可以估算出样品的年龄。

“放射性测年法有点像沙漏，”赫克在一份声明中说。“在沙漏中，沙子从一个玻璃球流向另一个玻璃球，时间的流逝通过下玻璃球中沙子的积累来表示。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化为的子原子的数量。然后可以计算出时间的流逝，因为转化率是已知的。”

研究阿波罗 17 号样本的团队发现，铅同位素（衰变过程中产生的子原子）的比例表明这些晶体大约有 44.6 亿年的历史，所以月球至少也有这么老。虽然这将月球的年龄推后了 4000 万年，但与宇宙大约 137 亿年的历史相比，这仍然是很短的时间。

“能够证明你手里拿着的这块岩石是我们迄今为止发现的最古老的月球碎片，真是太神奇了。这是许多有关地球问题的锚点。当你知道某样东西有多古老时，你就能更好地了解它在历史上发生了什么，”格里尔说。

从阿波罗到阿尔忒弥斯

在未来的研究中，从这些数十年前的样本中提取的线索可以与即将到来的阿尔忒弥斯登月任务采集的样本结合起来。阿尔忒弥斯三号计划于 2025 年发射，并将登陆并探索月球南极。阿波罗 17 号任务从宁静海东部边缘的金牛座-利特罗山谷收集了样本，因此来自月球不同区域的晶体可能会带来难以想象的发现。

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“我确信月球上还有更古老的物质——只是我们还没找到而已。我甚至认为阿波罗样本中也有更古老的锆石。这真是样本带回的力量，”赫克说。

新样本和未来技术进步的结合，可以进一步确定太阳系形成的时间线及其后续发展。“也许在 50 年或 100 年甚至更晚的时候，新一代科学家将拥有我们今天只能梦想的工具，来解决我们今天甚至无法想象的科学问题，”赫克说。“这些模板是留给后代的遗产。”