Há mais de 4 mil milhões de anos, quando o sistema solar ainda era jovem e a Terra ainda estava a crescer, um objeto gigante do tamanho de Marte colidiu com a Terra. O maior pedaço que se separou da Terra primitiva formou a nossa lua. Mas precisamente quando isso aconteceu permanece um mistério.

Num novo estudo publicado na revista Geochemical Perspectives Letters , os investigadores usaram cristais trazidos da Lua pelos astronautas da Apollo em 1972 para ajudar a identificar a altura da formação da Lua. A sua descoberta recua a idade da Lua em 40 milhões de anos, para pelo menos 4,46 mil milhões de anos.

"Esses cristais são os sólidos mais antigos conhecidos que se formaram após o impacto gigante. E porque sabemos a idade desses cristais, eles servem como uma âncora para a cronologia lunar", diz Philipp Heck, Robert A. Pritzker Curador de Meteorítica do Field Museum. e Polar Studies e o Diretor Sênior do Negaunee Interactive Research Center, professor da Universidade de Chicago e autor sênior do estudo.

A descoberta nasceu do trabalho de Heck com a principal autora do estudo, Jennika Greer, quando ela era doutoranda no Field Museum e na Universidade de Chicago. “Fomos abordados pelos nossos coautores, Bidong Zhang e Audrey Bouvier, que precisavam de uma análise em nanoescala destas amostras para as compreendermos completamente”, diz Greer, que é agora investigador associado na Universidade de Glasgow.

A amostra de poeira lunar utilizada no estudo foi trazida pelos astronautas da Apollo 17 na última missão tripulada à Lua em 1972. Esta poeira contém pequenos cristais que se formaram há milhares de milhões de anos. Esses cristais são um sinal revelador de quando a lua deve ter se formado.

Quando o objeto do tamanho de Marte atingiu a Terra e formou a Lua, a energia do impacto derreteu a rocha que eventualmente se tornou a superfície lunar. "Quando a superfície estava derretida daquela forma, os cristais de zircão não conseguiam formar-se e sobreviver. Portanto, quaisquer cristais na superfície da Lua devem ter-se formado depois do arrefecimento deste oceano de magma lunar," diz Heck. “Caso contrário, eles teriam sido derretidos e suas assinaturas químicas teriam sido apagadas”.

Como os cristais devem ter se formado após o resfriamento do oceano de magma, a determinação da idade dos cristais de zircão revelaria a idade mínima possível da lua. Um estudo anterior do coautor Bidong Zhang sugeriu esta idade, mas este estudo mais recente marca o primeiro uso de um método analítico chamado tomografia por sonda atômica, que "definhou" a idade deste cristal lunar mais antigo conhecido.

"Na tomografia por sonda atômica , começamos afiando um pedaço da amostra lunar em uma ponta muito afiada, usando um microscópio de feixe de íons focado, quase como um apontador de lápis muito sofisticado", diz Greer. "Depois, usamos lasers UV para evaporar os átomos da superfície dessa ponta. Os átomos viajam através de um espectrômetro de massa, e a rapidez com que se movem nos diz o quão pesados ??eles são, o que por sua vez nos diz do que são feitos."

Esta análise átomo por átomo, realizada com instrumentos da Northwestern University, mostrou quantos átomos dentro dos cristais de zircão sofreram decaimento radioativo.

Quando um átomo tem uma configuração instável de prótons e nêutrons em seu núcleo, ele sofre decaimento, liberando alguns desses prótons e nêutrons e se transformando em diferentes elementos. Por exemplo, o urânio decai em chumbo. Os cientistas estabeleceram quanto tempo leva para este processo ocorrer e, observando a proporção de diferentes átomos de urânio e chumbo (chamados isótopos) presentes numa amostra, podem dizer a sua idade.

“A datação radiométrica funciona um pouco como uma ampulheta”, diz Heck. “Em uma ampulheta, a areia flui de um bulbo de vidro para outro, com a passagem do tempo indicada pelo acúmulo de areia no bulbo inferior. A datação radiométrica funciona de forma semelhante, contando o número de átomos pais e o número de átomos filhos que eles transformaram para. A passagem do tempo pode então ser calculada porque a taxa de transformação é conhecida. "

A proporção de isótopos de chumbo que os investigadores encontraram indicou que a amostra tinha cerca de 4,46 mil milhões de anos. Portanto, a lua deve ter pelo menos essa idade.

"É incrível poder ter provas de que a rocha que você está segurando é o pedaço mais antigo da lua que encontramos até agora. É um ponto de ancoragem para tantas questões sobre a Terra. Quando você sabe a idade de algo, você podemos entender melhor o que aconteceu com ele em sua história", diz Greer.

É importante saber quando a lua se formou, diz Heck, porque "a lua é um parceiro importante no nosso sistema planetário - ela estabiliza o eixo de rotação da Terra, é a razão pela qual o dia tem 24 horas, é a razão pela qual temos marés. Sem a Lua , a vida na Terra seria diferente. É uma parte do nosso sistema natural que queremos compreender melhor, e o nosso estudo fornece uma pequena peça do puzzle em todo esse quadro."

Este estudo contou com a contribuição de Jennika Greer da Universidade de Glasgow, B. Zhang da Universidade da Califórnia, Los Angeles, D. Isheim e DN Seidman da Northwestern University, A. Bouvier da Bayreuth University e Philipp Heck do Field Museu.