För miljarder år sedan, Sjöar av lava på månens yta torkade så småningom för att bilda de stora mörka fläckarna – månens maria – som idag är synliga på månens inre sida. Nu, tack vare stenprover som nyligen återvänt till jorden av Kinas Chang'e 5-uppdrag, forskare har en ny uppskattning för när ett av de sista av dessa lavaflöden tog slut.

I en studie publicerad i tidskriften Vetenskap , ett internationellt team av forskare fann att basaltstenar som samlats från den stora vulkanslätten som kallas Oceanus Procellarum – en region som tros ha varit värd för den senaste vulkanismen på månen – är cirka 2 miljarder år gamla. Den fasta radiometriska åldern sätter inte bara en slutpunkt för månens mest aktiva vulkanperiod, men fungerar också som en guidepost för att kalibrera tidpunkten för andra händelser på månen före och efter.

Jim Head, en forskningsprofessor vid Browns Department of Earth, Environmental and Planetary Sciences och medförfattare till den nya studien, säger att dessa prover – de första som återlämnades till jorden på 45 år – fyller kritiska luckor i forskarnas förståelse av månens historia.

Han diskuterade resultaten i en intervju.

F:Var kom dessa prover ifrån, och varför är de viktiga?

Dessa prover kommer från en region på månen som till stor del har varit outforskad av landade rymdfarkoster. Tidigare prover från Apollo-uppdragen och de sovjetiska Luna-uppdragen kommer alla från den centrala och östra delen av månens närliggande sida. Men det blev tydligt när vi samlade in mer fjärranalysdata att den senaste vulkanismen på månen var absolut i den västra delen, så den regionen blev ett främsta mål för provinsamling. Specifikt, proverna kom från nära Mons Rümker, en vulkanhög i den största av lunar maria, Oceanus Procellarum.

F:Denna studie tittade på både sammansättningen och åldern på proverna. Låt oss börja med åldern. Varför är det viktigt att veta hur gamla dessa prover är?

För det första, det hjälper oss att pussla ihop hur länge månstovulkanismen varade, vilket är avgörande för alla våra termiska evolutionsmodeller för månen. Detta är inte riktigt den yngsta vulkaniska fyndigheten på månen, men det är en av de yngsta. Så att ha åldern på denna fyndighet sätter vissa begränsningar på tidsramen för stovulkanism.

Men det är också avgörande för att fastställa absoluta åldrar för andra egenskaper på månen och på andra håll. När vi tittar på en yta eller ett särdrag på månen från vilket vi inte har prover för radiometrisk datering, vi försöker uppskatta dess ålder genom storlek-frekvens-fördelningen av nedslagskratrar. I grund och botten, allteftersom, större effekter blir mer sällsynta. Så genom att räkna kratrar av olika storlekar, vi kan fastställa en relativ ålder för en yta. Men för mellan ungefär en miljard och tre miljarder år sedan, vi har inte många bra datapunkter för att berätta hur effektflödet ser ut. Så att ha ett absolut radiometriskt datum för denna yta hjälper oss att kalibrera flödeskurvan, som hjälper oss att dejta andra ytor. Och det gäller inte bara för månen. Detta hjälper oss att kalibrera åldrar för Mars, Venus och på andra ställen.

F:Vilka är de stora fördelarna när det gäller den kemiska sammansättningen av proverna?

Regionen från vilken dessa prover togs är en unik terräng på månen, som ser ut som att den kan ha riktigt höga koncentrationer av radioaktiva ämnen – särskilt torium. Så en idé till varför vulkanismen varade så mycket längre i denna region jämfört med andra var att du hade alla dessa radioaktiva grundämnen koncentrerade tillsammans, vilket skapar mycket värme. Den värmen smälter manteln och du får vulkaniska flöden.

Dock, i dessa prover såg vi faktiskt inte en förhöjd sammansättning av radioaktiva grundämnen. Om dessa radioaktiva grundämnen driver vulkanismen i denna region, vi förväntar oss att se ökad radioaktivitet i proverna. Men det gjorde vi inte. Istället, sammansättningen liknade stobasalter från äldre avlagringar. Så det kastar en del tvivel om den hypotesen för långvarig vulkanism.

F:Kan du dela med dig av detaljer om ditt engagemang i det här uppdraget?

Ja, det har varit helt underbart att arbeta med våra kinesiska kollegor på vad som bara har varit ett fantastiskt uppdrag. Jag har rest till Kina i ungefär ett decennium för att arbeta med kinesiska forskare och studenter. Jag har hållit föreläsningar på den kinesiska rymdorganisationen om mitt arbete med Apollo-programmet, och vi har kunnat diskutera de vetenskapliga målen för deras månprogram. Och vi har upprätthållit det samarbetet genom att besöka doktorander och andra typer av saker om den grundläggande planeringen av uppdraget och genomförandet av uppdraget, och nu analysen av proverna. Just nu, Yuqi Qian från China University of Geosciences-Wuhan besöker Brown och har spelat en enorm roll i vårt arbete med detta uppdrag.

Brown har en lång historia av denna typ av internationellt samarbete, gå tillbaka till vårt arbete med Sovjetunionen på Luna-programmet och Venera-uppdragen till Venus.

F:Hur ser framtiden ut för detta samarbete?

Kina har stora ambitioner när det gäller sitt program för månutforskning, och vi hoppas kunna fortsätta arbeta med dem. Ett potentiellt uppdrag är en robotisk provåtergång från månens bortre sida - en region som kallas South Pole-Aitken Basin. Vi vill utforska det området av olika anledningar:Det kunde ha exponerat avlagringar av månmanteln, och det är den äldsta stora nedslagsbassängen och vi kunde radiometriskt datera den med de returnerade proverna. Så det är ett riktigt hot spot för framtida utforskning.

Vi arbetar också med våra kinesiska kollegor på deras Mars-program och deras senaste Mars-rover. Så det är en riktigt spännande tid för internationellt samarbete inom prospektering.