Under Apollo-eran var en av de viktigaste operationerna som utfördes av astronauter provreturer, där månstenar anskaffades och fördes tillbaka till jorden. Studiet av dessa stenar avslöjade en hel del om månens sammansättning, struktur och geologiska historia. Detta ledde till djupgående upptäckter, inklusive närvaron av vatten på månen och det faktum att både jorden och dess enda satellit bildades tillsammans.
Med tiden har forskare utnyttjat ny teknik och teknologi för att genomföra mer djupgående analyser för att lära sig mer om månens bildning och utveckling. Nyligen har ett team av forskare från Brown University och Carnegie Institute for Sciences (CIS) undersökte några av dessa prover för svavelisotoper för att kasta nytt ljus över månens tidiga historia och dess utveckling.
Analysen utfördes av Alberto E. Saal (en professor i geologi vid Browns Department of Earth Environmental and Planetary Sciences) och doktor Erik H. Hauri , en geokemist med The Earth and Planets Laboratory vid CIS (som gick bort 2018). Använder tekniken som kallas Sekundär jonmasspektrometri (SISM) vid Carnie Institute, studerade de isotopsignaturen för 67 individuella prover av månmaterial.
En ny analys av månstenar fäster slutet på måndynamon, den process genom vilken månen en gång genererade ett magnetfält. Bild: Hernán Cañellas och Benjamin Weiss
DeApollo 15och17stenar innehåller glas som anses vara något av det mest primitiva vulkaniska månmaterialet. Dessa glas innehåller små bitar av smält lava (smältinneslutningar) som fångades innan svavel och andra flyktiga ämnen kunde släppas ut vid utbrott – en process som kallas avgasning. Studiet av dessa bitar av lavaburk gör det möjligt för forskare att se hur lavakällorna såg ut.
Med hjälp av SISM-anläggningen i Carnegie, mätte Saal och Hauri dessa prover för svavelisotoper – särskilt förhållandet mellan svavel-32 och svavel-34. Dessa isotoper valdes ut eftersom hastigheten med vilken de uppträder kan avslöja saker om den kemiska utvecklingen av proverna, från den punkt där de bildades till deras transport, till den punkt där de slutligen bröt ut på ytan.
Inledande studier av månglas fann att de likformigt tenderade att luta mer mot den tyngre svavel-34-isotopen, som stod i kontrast till andra grundämnen och isotoper (som visade stora variationer). Som Saal sa i en intervju nyligen med Nyheter från Brown :
'Under många år verkade det som om de analyserade basaltiska stenproverna från månen hade en mycket begränsad variation i svavelisotopförhållanden. Det skulle tyda på att månens inre har en i grunden homogen svavelisotopsammansättning. Men med hjälp av moderna in situ analytiska tekniker visar vi att isotopförhållandena för de vulkaniska glasögonen faktiskt har ett ganska brett intervall, och dessa variationer kan förklaras av händelser tidigt i månens historia.'
Konstnärens intryck av magma havsplanet. Kredit: Mark Garlick
Dessa resultat användes för att kalibrera en modell av avgasningsprocessen för alla månprover, vilket gjorde det möjligt för Saal och Hauri att bestämma sammansättningen av de ursprungliga lavakällorna. Detta visade att lavorna härstammade från olika reservoarer i månens inre som hade ett brett spektrum av svavelisotopförhållanden. Saal och Hauri fann att detta värdeintervall kunde förklaras av nyckelhändelser i månens tidiga historia.
Till exempel är det lättare isotopförhållandet i några av glasen förenligt med separationen av järnkärnan från silikatmineraler när den tidiga månen fortfarande var i smält tillstånd. När järn separeras från silikater och andra material som utgör manteln och skorpan på en planetkropp, tenderar det att behålla det tyngre svavel-34, vilket lämnar kvarvarande magma anrikat i det lättare svavel-32.
En annan viktig händelse var avkylnings- och kristalliseringsprocessen som följde, vilket är den troliga källan till de tyngre isotopvärdena som finns i några av de vulkaniska glasen och basaltstenarna som återvände från månen. Denna kristalliseringsprocess avlägsnade svavel från magnumpoolen, vilket ledde till bildandet av fasta reservoarer med det tyngre svavel-34. Som Saal förklarade :
'När vi väl känner till avgasningen kan vi uppskatta den ursprungliga svavelisotopsammansättningen av de källor som producerade dessa lavor. Värdena vi ser i några av de vulkaniska glasen är helt överensstämmande med modeller för kärnsegregationsprocessen. Våra resultat tyder på att dessa prover registrerar dessa kritiska händelser i månens historia. När vi fortsätter att titta på dessa prover med nyare och bättre tekniker, fortsätter vi att lära oss nya saker.'
Konstnärens intryck av påverkan som orsakade månens bildande. Kredit: NASA/GSFC
Saal indikerade också att mer forskning måste göras (och fler prover analyseras) innan svavelisotopsammansättningen kan förstås fullt ut. Under tiden kommer dessa senaste resultat att hjälpa till att klargöra långvariga frågor om sammansättningen av månens inre och hur den blev differentierad för miljarder år sedan. Detta för effektivt astronomer ett steg närmare att förstå månens tidiga historia.
Den värdefulla vetenskapliga avkastningen som Apollo-månstenarna fortsätter att ge illustrerar vackert värdet av prov-returuppdrag. Här på jorden kan studier utföras med hjälp av instrument som skulle vara för stora och besvärliga att skicka som en del av ett robotuppdrag. De kan också arkiveras så att forskare kan gå tillbaka och genomföra ytterligare analyser när tekniken förbättras.
Det är av denna anledning som NASA:s senaste robotuppdrag till Mars - denUthållighetrover – kommer att samla in prover och lagra dem i en cache för framtida hämtning av ett ESA-uppdrag. När dessa väl har förts tillbaka till jorden kommer forskare att kunna studera dem i generationer och lära sig mer och mer om vad våra planeter har gemensamt i processen.
Forskningen utfördes med finansiering från NASA Solsystemet fungerar program.
Vidare läsning: Brown University , Vetenskap