一項利用先進的原子探針斷層掃描技術進行的新研究確定，地球的月球已有44.6 億年的歷史，比以前的估計早了4000 萬年。這項發現是透過分析阿波羅17號的月球晶體得出的，它使人們對月球的形成及其對地球環境的影響有了更深入的了解。

西北大學的科學家參與了太空人在阿波羅17號任務中採集的月球樣本的分析。透過分析1972 年阿波羅17 號任務中收集的月球微小晶體，科學家修正了月球的估計年齡。以前認為月球的年齡為44.25 億年，新的分析顯示月球的年齡約為44.6 億年，比以前的估計年齡大4000 萬年。

在菲爾德博物館和格拉斯哥大學研究人員的領導下，西北大學的原子探測斷層掃描設備使這項研究成為可能，它”確定”了樣本中最古老晶體的年齡。透過揭示這些隱藏在月球塵埃中的鋯石晶體的年齡，研究人員得以拼湊出月球形成的時間表。

這項研究最近發表在《地球化學展望通訊》（Geochemical Perspectives Letters）雜誌上。

太空研究的技術演變

西北大學的迪特爾-伊斯海姆（Dieter Isheim）是這項研究的合著者之一，他說：”這項研究證明了自1972年最後一次載人月球任務返回地球以來，我們取得了巨大的技術進步。這些樣本是在半個世紀前被帶到地球的，但直到今天我們才擁有必要的工具來進行必要水平的微觀分析，包括原子探針層析成像”。

顯微鏡下的月球鋯石晶粒。資料來源：Jennika Greer

透過逐原子分析，研究人員得以計算出鋯石晶體中有多少原子發生了放射性衰變。當一個原子發生衰變時，它會脫落質子和中子，轉化成不同的元素。例如，鈾會衰變成鉛。由於科學家已經確定了這個過程需要多長時間，因此他們可以透過觀察鈾原子和鉛原子的比例來評估樣本的年齡。

研究的資深作者、菲爾德博物館的菲利普-赫克（Philipp Heck）說：”放射性測年的原理有點像沙漏。在沙漏中，沙子從一個玻璃球流到另一個玻璃球，時間的流逝通過沙子在較低玻璃球中的累積來表示。輻射測年的原理與此類似，透過計算母原子的數量和它們轉化成的子原子的數量。由於轉化率是已知的，因此可以計算出時間的流逝。”

Isheim 是西北大學麥考密克工程學院材料科學與工程系的研究副教授，同時也是西北大學原子探針斷層掃描中心(NUCAPT) 的負責人。麥考密克材料科學與工程榮譽教授、NUCAPT 創始主任大衛-塞德曼（David Seidman）也是這項研究的合著者。赫克是菲爾德博物館羅伯特-普利茲克隕石和極地研究館館長、內高尼互動研究中心高級主任和芝加哥大學教授。格拉斯哥大學研究副教授Jennika Greer 是這項研究的第一作者。研究開始時，她還是赫克實驗室的博士生。

主要作者詹妮卡-格里爾正在使用原子探測器。圖片來源：西北大學迪特爾-伊斯海姆（Dieter Isheim）

月亮的形成年代

40 多億年前，當太陽系還很年輕，地球還在成長的時候，一個火星大小的巨大天體撞上了地球。巨大的塊體脫離地球形成了月球，撞擊的能量熔化了最終成為月球表面的岩石。

赫克說：「當月球表面像那樣熔化時，鋯石晶體就無法形成和存活。因此，月球表面的任何晶體一定是在月球岩漿海洋冷卻後形成的。否則，它們就會被融化，其化學特徵也會被抹去。”

由於晶體一定是在岩漿海洋冷卻後形成的，因此確定鋯石晶體的年齡將揭示月球的最小可能年齡。但是，為了確定月球的最大可能年齡，研究人員求助於西北大學的原子探測層析成像儀器。

格里爾說：”在原子探針層析成像中，我們首先使用聚焦離子束顯微鏡將一塊月球樣本削成非常鋒利的尖端，就像一個非常漂亮的削鉛筆器。然後，我們使用紫外線雷射將原子從尖端表面蒸發出來。原子通過質譜儀，它們移動的速度告訴我們它們有多重，進而告訴我們它們是由什麼構成的。”

在確定了樣本中的材料並進行了輻射測定之後，研究人員得出結論，最古老的晶體大約有44.6 億年的歷史。這意味著月球至少有這麼古老。

赫克說，了解月球形成的時間非常重要，因為”月球是我們行星系統中的重要夥伴。它穩定了地球的自轉軸。它是一天有24 小時的原因。它是我們擁有潮汐的原因。沒有月球，地球上的生命將面目全非。這是我們想要更好地了解的自然系統的一部分，而我們的研究為整個畫面提供了一塊小小的拼圖”。