첨단 원자 탐침 단층 촬영 기술을 사용한 새로운 연구에 따르면 지구의 달의 나이는 44억 6천만년으로 이전 추정치보다 4천만년 더 오래된 것으로 나타났습니다. 아폴로 17호의 달 결정을 분석하여 이루어진 이 발견은 달의 형성과 그것이 지구 환경에 미치는 영향에 대한 더 깊은 이해를 제공합니다.
노스웨스턴 대학의 과학자들은 아폴로 17호 임무 중 우주비행사가 수집한 달 샘플 분석에 참여했습니다. 과학자들은 1972년 아폴로 17호 임무 중에 수집된 작은 달 결정을 분석함으로써 달의 추정 나이를 수정했습니다. 이전에는 44억2천500만년 된 것으로 여겨졌으나 새로운 분석에 따르면 달의 나이는 약 44억6천만년으로 이전 추정보다 4천만년 더 오래됐다.
필드 박물관(Field Museum)과 글래스고 대학(University of Glasgow)의 연구원들이 이끄는 노스웨스턴 대학(Northwestern University)의 원자 탐지 단층촬영 시설(Atomic Tomography Tomography Facility)에 의해 수행된 이 연구는 샘플에서 가장 오래된 결정의 연대를 "결정"했습니다. 달 먼지 속에 숨겨져 있는 지르콘 결정의 나이를 밝혀냄으로써 연구자들은 달 형성의 연대기를 종합할 수 있었습니다.
이 연구는 최근 Geochemical Perspectives Letters 저널에 게재되었습니다.
우주연구의 기술적 진화
이번 연구의 공동 저자 중 한 명인 노스웨스턴 대학의 디터 이스하임(Dieter Isheim)은 "이 연구는 1972년 마지막 유인 달 탐사선이 지구로 돌아온 이후 우리가 이룩한 엄청난 기술적 발전을 보여줍니다."라고 말했습니다. "이 샘플은 반세기 전에 지구로 옮겨졌지만 오늘날에만 원자 탐침 단층 촬영을 포함하여 필요한 수준의 현미경 분석을 수행하는 데 필요한 도구를 갖게 되었습니다."
연구진은 원자별 분석을 통해 지르콘 결정에서 얼마나 많은 원자가 방사성 붕괴를 겪었는지 계산할 수 있었습니다. 원자가 붕괴하면 양성자와 중성자가 방출되어 다른 원소로 변합니다. 예를 들어, 우라늄은 붕괴하여 납으로 변합니다. 이제 과학자들은 이 과정에 걸리는 시간을 결정했으므로 우라늄과 납 원자의 비율을 보고 샘플의 나이를 평가할 수 있습니다.
"방사성 연대 측정은 모래시계와 약간 비슷합니다. 모래시계에서는 모래가 한 유리 구에서 다른 유리 구로 흐르고, 시간의 흐름은 아래쪽 구에 모래가 쌓이는 것으로 나타납니다. 방사성 연대 측정은 모원자의 수와 변환되는 딸 원자의 수를 세는 방식으로 유사하게 작동합니다. 전환율을 알 수 있으므로 시간의 흐름을 계산할 수 있습니다."
Isheim은 노스웨스턴 대학교 맥코믹 공과대학 재료공학과 연구 부교수이자 노스웨스턴 원자탐사단층촬영센터(NUCAPT) 소장입니다. McCormick 재료 과학 및 공학 명예 교수이자 NUCAPT 창립 이사인 David Seidman도 이 연구의 공동 저자입니다. Heck은 Field Museum의 운석 및 극지 연구의 Robert Pritzker 큐레이터이자 Negaunee Interactive Research 센터의 선임 이사이자 시카고 대학의 교수입니다. 글래스고 대학교 연구 부교수인 Jennika Greer가 이번 연구의 첫 번째 저자입니다. 연구가 시작되었을 때 그녀는 Heck 연구실의 박사과정 학생이었습니다.
달의 나이
40억여 년 전, 태양계가 아직 젊고 지구가 아직 성장 중이었을 때, 화성 크기의 거대한 천체가 지구에 충돌했습니다. 거대한 덩어리가 지구에서 떨어져 나와 달을 형성했고, 충돌의 에너지로 암석이 녹아 결국 달 표면이 되었습니다.
"달 표면이 그렇게 녹으면 지르콘 결정이 형성되거나 살아남을 수 없습니다"라고 Heck은 말했습니다. "그러므로 달 표면의 모든 결정은 달 마그마 바다가 냉각된 후에 형성되었을 것입니다. 그렇지 않으면 녹아서 화학적 특징이 지워졌을 것입니다."
결정은 마그마 바다가 냉각된 후에 형성되었음에 틀림없기 때문에 지르콘 결정의 나이를 결정하면 달의 가능한 최소 나이가 드러날 것입니다. 그러나 달의 가능한 최대 연령을 결정하기 위해 연구자들은 노스웨스턴 대학의 원자 탐지 단층 촬영 장비를 사용했습니다.
"원자 탐침 단층 촬영에서 우리는 먼저 집속 이온빔 현미경을 사용하여 달 샘플을 아주 좋은 연필깎이처럼 매우 날카로운 끝으로 깎습니다"라고 Greer는 말했습니다. "그런 다음 우리는 자외선 레이저를 사용하여 팁 표면에서 원자를 증발시킵니다. 원자는 질량 분석계를 통과하고, 움직이는 속도는 그것이 얼마나 무거운지를 말해주고, 이는 다시 그것이 무엇으로 만들어졌는지 알려줍니다."
샘플의 물질을 확인하고 방사성 측정을 수행한 후 연구자들은 가장 오래된 결정이 약 44억 6천만년 된 것이라는 결론을 내렸습니다. 이것은 달이 적어도 그만큼 오래되었다는 것을 의미합니다.
Heck은 달이 형성되는 시기를 이해하는 것이 중요하다고 말했습니다. "달은 우리 행성 시스템의 중요한 파트너입니다. 달은 지구의 자전축을 안정시킵니다. 이것이 하루가 24시간인 이유입니다. 이것이 조수가 있는 이유입니다. 달이 없으면 지구상의 생명체를 인식할 수 없을 것입니다. 달은 우리가 더 잘 이해하고 싶은 자연 시스템의 일부이며 우리 연구는 전체 그림에 대한 작은 퍼즐 조각을 제공합니다."