De flesta människor möter bara rubidium som den lila färgen i fyrverkerier, men den obskyra metallen har hjälpt två forskare från University of Chicago att föreslå en teori om hur månen kan ha bildats.

Genomförd i labbet av professor Nicolas Dauphas, vars banbrytande forskning studerar den isotopiska sammansättningen av stenar från jorden och månen, den nya studien mätte rubidium i båda planetkropparna och skapade en ny modell för att förklara skillnaderna. Genombrottet avslöjar nya insikter i en gåta om månens bildning som har gripit månvetenskapens område under det senaste decenniet, känd som "månens isotopkris".

Den här krisen startade när nya testmetoder avslöjade att jord- och månstenar har slående liknande nivåer av vissa isotoper, men väldigt olika nivåer av andra. Detta förvirrar båda de stora scenarierna för hur månen bildades:det ena är att ett gigantiskt föremål krossade jorden och tog med sig en bit på väg att bli månen (i vilket fall månen borde ha en helt annan form, mestadels det främmande föremålet); och den andra är att detta föremål utplånade jorden, och de två himlakropparna bildades så småningom ur de resulterande fragmenten (i vilket fall de två sminkningarna borde vara praktiskt taget identiska).

"Det är helt klart något som saknas där, sa Nicole Nie, första författare till studien, nyligen publicerad i Astrofysiska tidskriftsbrev . En före detta doktorand i Dauphas labb, Nie är nu på Carnegie Institution for Science.

För att testa olika teorier, Dauphas labb har en samling månstenar utlånade från NASA, (representerar varje Apollo-uppdrag som tog prover). Nie kom på ett rigoröst sätt att mäta rubidiums isotoper – ett grundämne som aldrig hade mätts exakt i månstenar eftersom det är så svårt att isolera från kalium, som är kemiskt mycket lika.

Rubidium är ett av en familj av grundämnen som konsekvent visar sig med olika proportioner av isotoper i månen jämfört med jorden. När Nie undersökte månstenarna, hon fann att de faktiskt innehöll färre av rubidiums lätta isotoper och mer tunga än jordstenar gör.

"Det fanns verkligen ingen ram för hur denna skillnad hände, " Dauphas sa, professor vid institutionen för geofysiska vetenskaper. "Så vi bestämde oss för att göra en."

De utgick från tanken att både jorden och det gigantiska föremålet förångades efter nedslaget. I detta scenario, en massa som kommer att bli jorden långsamt smälter samman, och en yttre ring av skräp bildas runt den. Det är fortfarande så varmt, nästan 6, 000 grader Fahrenheit, att denna ring förmodligen är ett luftigt yttre lager av ånga som omger en kärna av flytande magma.

Över tid, Nie och Dauphas antar, de lättare isotoperna av element som rubidium avdunstar lättare. Dessa kondenserar på jorden, medan resten av de tyngre isotoper som finns kvar i ringen så småningom bildar månen.

Detta berättade mer om hur den tidiga månen och jorden skulle ha sett ut. Eftersom de vet exakt hur mycket mer av de lättare isotoper som avdunstat, de arbetade baklänges för att ta reda på hur mättat ångskiktet skulle ha varit – ju mer mättat, desto långsammare avdunstning. (Tänk på att försöka torka ut din tvätt en mycket fuktig dag i tropikerna, kontra en torr dag i öknen.)

Detta är användbart eftersom exakta egenskaper för denna tidiga fas har varit svåra att fastställa. Resultaten passar också bra med tidigare mätningar av andra isotoper i månstenar, såsom kalium, koppar och zink. "Vårt nya scenario kan kvantitativt förklara månens utarmning av inte bara rubidium, men också de flesta flyktiga element, " sa Nie.

Studien är ett sedan länge behövligt steg för att koppla samman linjerna mellan isotopmätningar och fysiska modeller av proto-planetära kroppar, sa Dauphas.

"Det här var en länk som saknades, och vi hoppas att det kommer att bidra till att begränsa scenarierna för tidig mån- och jordbildning framöver, " han sa.