Månen bildades lite senare än vad man tidigare antagit. När en protoplanet i storleken Mars förstördes i en kollision med den unga jorden, en ny kropp skapades av skräpet som kastades ut under denna kollision, som blev månen. Planetgeofysiker vid German Aerospace Center (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; DLR), ledd av Maxime Maurice, tillsammans med forskare vid universitetet i Münster, har använt en ny numerisk modell för att rekonstruera den tid då händelsen inträffade - 4,425 miljarder år sedan. De tidigare antagandena om månens bildning baserades på en ålder av 4,51 miljarder år - att, är 85 miljoner år tidigare än de nya beräkningarna visar. Forskarna har rapporterat sina fynd i Vetenskapens framsteg .

För fyra och en halv miljard år sedan, solsystemet var fortfarande kaotiskt. Jorden växte fortfarande till sin nuvarande storlek, samlar materia i form av så kallade planetesimals. Dessa hade tidigare bildats i skivan av damm och gas som kretsade runt den tidiga solen. Den unga jorden konsoliderades, blir allt varmare inuti. Alltmer, stora delar av stenmanteln smälte och bildade ett magmahav. Det är vid denna tidpunkt som jorden fick den naturliga satelliten som fortsätter att kretsa runt den till denna dag. En massiv kosmisk kollision mellan jorden och en protoplanet kastade ut sten från den unga jorden. Så småningom, detta skräp agglomererade för att bilda en ny planetkropp – månen.

I princip, de flesta forskare är överens om hur månen bildades, men inte om detaljerna i processen, och särskilt inte om den tid då det inträffade. "Resultaten av vår senaste modellering tyder på att den unga jorden träffades av en protoplanet cirka 140 miljoner år efter solsystemets födelse för 4,567 miljarder år sedan, säger Maxime Maurice, sammanfattar teamets undersökningar. "Enligt våra beräkningar, detta hände för 4,425 miljarder år sedan – med en osäkerhet på 25 miljoner år – och månen föddes."

Vid den tiden, Jorden hade precis utvecklats till en planet. Under denna utveckling, de tunga metalliska komponenterna sjönk till dess centrum och bildade en kärna av järn och nickel, som var omgiven av en tjock mantel av silikatstenar. Mantelstenarna blev allt varmare på grund av ackretionsprocessen och sönderfallet av radioaktiva grundämnen. Detta gjorde att separationen av metaller och silikater kunde ske i jordens inre inom några tiotals miljoner år.

En planetarisk bullseye orsakade bildningen av månen

I detta skede, Jorden träffades av Theia, en protoplanet som kanske var lika stor som Mars. Theia var en av titanerna i den grekiska mytologin, och mångudinnan Selene mamma. I solsystemets tidiga dagar, det skulle ha funnits många kroppar av det här slaget. Några kastades ut från solsystemet, medan andra förstördes av kollisioner med andra kroppar. Theia, dock, träffade jorden och orsakade utstötningen av en så stor mängd material från planetens mantel att månen kunde bildas från den. Under denna våldsamma påverkan, ett flera tusen kilometer djupt magmahav bildades. I dag, inga spår av Theia finns kvar efter denna kollision.

Att rekonstruera hur månens bildning utlöstes av denna händelse kräver en hel del fantasi och kreativitet. Kollisionen mellan de två kropparna, med sin enorma energi, förångade också en stor mängd sten från jordens tidiga mantel. Detta kastades ut och samlades i en ring av damm runt jorden innan det återmonterades där för att bilda sten. "Från detta, månen bildades på kort tid, förmodligen om bara några tusen år, " förklarar Doris Breuer, Chef för avdelningen för planetfysik vid DLR Institute of Planetary Research och medförfattare till studien.

Den äldsta månstenen är inte tillräckligt gammal

Forskare är i stort sett överens om historien om månens bildning. Dock, de har inte kunnat datera det exakt, eftersom ingen av månstenarna som fördes till jorden av astronauterna från de sex Apollo-uppdragen och de tre sovjetiska Luna-robotuppdragen direkt registrerar åldern på jordens naturliga satellit. Forskare från DLR och universitetet i Münster har bestämt när månen bildades med hjälp av en ny, indirekt metod. "Våra beräkningar visar att detta med största sannolikhet hände i slutet av jordens bildning, säger Sabrina Schwinger, en annan medförfattare till studien, som beskriver det kronologiska händelseförloppet.

Det var inte bara jorden som hade ett hav av magma i sin tidiga ungdom. Energi som erhållits från ansamling ledde också till bildandet av ett magmahav på månen. Månen smälte nästan helt och liknande jorden, täcktes av ett magmahav på över 1000 kilometers djup. Detta magmahav började snabbt stelna och bildade en skorpa av flytande, lättviktskristaller på ytan - dess "gränssnitt" med det kalla utrymmet. Men under denna isolerande skorpa, som bromsade den ytterligare kylningen och stelnandet av magmahavet, månen förblev smält under lång tid. Tills nu, forskare kunde inte avgöra hur lång tid det tog för magmahavet att kristallisera helt, vilket är anledningen till att de inte kunde komma fram till när månen ursprungligen bildades.

För att beräkna livslängden för månens magmahav, forskarna använde en ny datormodell, som, för första gången, övervägde ingående processerna som är involverade i stelningen av magman. "Resultaten från modellen visar att månens magmahav var långlivat och tog nästan 200 miljoner år att fullständigt stelna till mantelberg, ", säger Maxime Maurice. "Tidsskalan är mycket längre än beräknat i tidigare studier, " tillägger DLR-kollegan Nicola Tosi, andra författare till studien och rådgivare för Maxime Maurices Ph.D. avhandling, som låg till grund för denna sammanfattade vetenskapliga rapport. "Äldre modeller gav en stelningsperiod på endast 35 miljoner år."

Solidifieringsmodeller avslöjar månens och jordens ålder

För att bestämma månens ålder, forskarna var tvungna att gå ett steg längre. De beräknade hur sammansättningen av de magnesium- och järnrika silikatmineraler som bildades under stelnandet av magmahavet förändrades över tiden. Forskarna upptäckte en drastisk förändring i sammansättningen av det kvarvarande magmahavet när stelningen fortskred.

Detta fynd är betydelsefullt eftersom det gjorde det möjligt för författarna att koppla bildningen av olika typer av sten på månen till ett visst stadium i utvecklingen av dess magmahav. "Genom att jämföra den uppmätta sammansättningen av månens stenar med den förutsagda sammansättningen av magmahavet från vår modell, vi kunde spåra havets utveckling tillbaka till dess utgångspunkt, tiden då månen bildades, " förklarar Sabrina Schwinger.

Resultaten av studien visar att månen bildades för 4,425 ± 0,025 miljarder år sedan. Månens exakta ålder är i anmärkningsvärd överensstämmelse med en ålder som tidigare bestämts för bildandet av jordens metalliska kärna med uran-bly-metoden, punkten där bildandet av planeten jorden fullbordades. "Det här är första gången som månens ålder kan kopplas direkt till en händelse som inträffade i slutet av jordens formation, nämligen bildandet av kärnan, säger Thorsten Kleine från Institute of Planetology vid universitetet i Münster.