توصلت دراسة جديدة باستخدام تقنية التصوير المقطعي بالمسبار الذري المتقدمة إلى أن عمر قمر الأرض يبلغ 4.46 مليار سنة، أي 40 مليون سنة أكبر من التقديرات السابقة. ويوفر هذا الاكتشاف، الذي تم من خلال تحليل بلورات القمر من أبولو 17، فهمًا أعمق لتكوين القمر وتأثيره على بيئة الأرض.
شارك علماء جامعة نورث وسترن في تحليل العينات القمرية التي جمعها رواد الفضاء خلال مهمة أبولو 17. من خلال تحليل بلورات القمر الصغيرة التي تم جمعها خلال مهمة أبولو 17 في عام 1972، قام العلماء بمراجعة العمر المقدر للقمر. كان يُعتقد سابقًا أن عمره 4.425 مليار سنة، ويشير التحليل الجديد إلى أن عمر القمر يبلغ حوالي 4.46 مليار سنة، أي 40 مليون سنة أكبر من التقدير السابق.
الدراسة، التي أجراها مرفق التصوير المقطعي للكشف الذري بجامعة نورث وسترن، بقيادة باحثين من المتحف الميداني وجامعة جلاسكو، "حددت" عمر أقدم البلورات في العينة. ومن خلال الكشف عن عمر بلورات الزركون المخبأة في الغبار القمري، تمكن الباحثون من تجميع جدول زمني لتكوين القمر.
وقد نُشر البحث مؤخراً في مجلة Geochemical Perspectives Letters.
التطور التكنولوجي لأبحاث الفضاء
وقال ديتر إيشيم، من جامعة نورث وسترن، وأحد المؤلفين المشاركين في الدراسة: "توضح هذه الدراسة التقدم التكنولوجي الهائل الذي حققناه منذ عودة آخر مهمة قمرية مأهولة إلى الأرض في عام 1972". "تم إحضار هذه العينات إلى الأرض منذ نصف قرن، ولكن اليوم فقط أصبح لدينا الأدوات اللازمة لإجراء المستوى الضروري من التحليل المجهري، بما في ذلك التصوير المقطعي بالمسبار الذري."
ومن خلال تحليل ذرة تلو ذرة، تمكن الباحثون من حساب عدد الذرات الموجودة في بلورة الزركون التي تعرضت للتحلل الإشعاعي. عندما تتحلل الذرة، فإنها تتخلص من البروتونات والنيوترونات، وتتحول إلى عناصر مختلفة. على سبيل المثال، يتحلل اليورانيوم إلى رصاص. والآن بعد أن حدد العلماء المدة التي تستغرقها هذه العملية، يمكنهم تقييم عمر العينة من خلال النظر في نسبة ذرات اليورانيوم والرصاص.
"يعمل التأريخ الإشعاعي إلى حد ما مثل الساعة الرملية. في الساعة الرملية، يتدفق الرمل من كرة زجاجية إلى أخرى، ويتم تمثيل مرور الوقت من خلال تراكم الرمال في الكرة السفلية. ويعمل التأريخ الإشعاعي بالمثل، عن طريق حساب عدد الذرات الأصلية وعدد الذرات الوليدة التي تتحول إليها. وبما أن معدل التحويل معروف، يمكن حساب مرور الوقت."
إيشيم هو أستاذ مشارك باحث في قسم علوم وهندسة المواد في كلية ماكورميك للهندسة بجامعة نورث وسترن ومدير مركز نورث وسترن للتصوير المقطعي بالمسبار الذري (NUCAPT). ديفيد سيدمان، أستاذ ماكورميك الفخري لعلوم وهندسة المواد والمدير المؤسس لـ NUCAPT، هو أيضًا مؤلف مشارك للدراسة. هيك هو أمين روبرت بريتزكر للدراسات النيزكية والقطبية في المتحف الميداني، ومدير أول لمركز نيغاوني للأبحاث التفاعلية وأستاذ في جامعة شيكاغو. جينيكا جرير، الأستاذة المشاركة في جامعة جلاسكو، هي المؤلفة الأولى للدراسة. كانت طالبة دكتوراه في مختبر هيك عندما بدأ البحث.
عمر القمر
منذ أكثر من 4 مليارات سنة، عندما كان النظام الشمسي لا يزال شابًا وكانت الأرض لا تزال تنمو، ضرب الأرض جرم سماوي ضخم بحجم المريخ. انفصلت القطعة الضخمة عن الأرض لتشكل القمر، وأدت طاقة الاصطدام إلى إذابة الصخور التي أصبحت في النهاية سطح القمر.
وقال هيك: "لا يمكن لبلورات الزركون أن تتشكل وتظل على قيد الحياة عندما يذوب سطح القمر بهذه الطريقة". "لذلك فإن أي بلورات على سطح القمر يجب أن تكون قد تشكلت بعد تبريد محيط الصهارة القمري. وإلا، لكانت قد ذابت وتم مسح توقيعها الكيميائي."
وبما أن البلورات يجب أن تكون قد تشكلت بعد تبريد محيط الصهارة، فإن تحديد عمر بلورات الزركون سيكشف عن الحد الأدنى الممكن لعمر القمر. ولكن لتحديد أقصى عمر ممكن للقمر، لجأ الباحثون إلى أداة التصوير المقطعي للكشف الذري بجامعة نورث وسترن.
وقال جرير: "في التصوير المقطعي للمسبار الذري، نستخدم أولاً مجهر شعاع أيوني مركّز لشحذ عينة قمرية إلى طرف حاد جدًا، مثل مبراة قلم رصاص لطيفة جدًا". "نستخدم بعد ذلك الليزر فوق البنفسجي لتبخير الذرات من سطح الطرف. تمر الذرات عبر مطياف الكتلة، والسرعة التي تتحرك بها تخبرنا بمدى ثقلها، والذي بدوره يخبرنا مما تتكون".
وبعد تحديد المواد الموجودة في العينات وإجراء القياسات الإشعاعية، خلص الباحثون إلى أن أقدم البلورات يبلغ عمرها حوالي 4.46 مليار سنة. هذا يعني أن القمر على الأقل بهذا العمر.
قال هيك إن فهم وقت تشكل القمر مهم لأن "القمر شريك مهم في نظامنا الكوكبي. فهو يعمل على استقرار محور دوران الأرض. وهذا هو سبب وجود 24 ساعة في اليوم. إنه سبب حدوث المد والجزر. وبدون القمر، لن يكون من الممكن التعرف على الحياة على الأرض. إنه جزء من النظام الطبيعي الذي نريد أن نفهمه بشكل أفضل، وتوفر دراستنا قطعة صغيرة من اللغز للصورة بأكملها."