Jordens måne hade en tuff start på livet. Bildad av en bit av jorden som släpptes av under en planetarisk kollision, den tillbringade sina första år täckta av ett rullande globalt hav av smält magma innan det kyldes och bildade den fridfulla yta vi känner idag.

Ett forskargrupp som leds av University of Texas vid Austin Jackson School of Geosciences tog sig till labbet för att återskapa den magmatiska smältan som en gång bildade månytan och avslöjade nya insikter om hur det moderna månescenen blev till. Deras studie visar att månskorpan till en början bildades från sten som flöt upp till ytan av magmahavet och svalnade. Dock, teamet fann också att ett av månkroppens stora mysterier - hur den kunde utveckla en skorpa bestående av bara ett mineral - inte kan förklaras av den initiala skorpbildningen och måste ha varit resultatet av någon sekundär händelse.

Resultaten publicerades den 21 november i Tidskrift för geofysisk forskning:Planeter .

"Det är fascinerande för mig att det kan finnas en kropp så stor som månen som var helt smält, sa Nick Dygert, en biträdande professor vid University of Tennessee, Knoxville som ledde forskningen medan han var postdoktor vid Jackson Schools institution för geologiska vetenskaper. "Att vi kan köra dessa enkla experiment, i dessa små små kapslar här på jorden och göra första ordningens förutsägelser om hur en så stor kropp skulle ha utvecklats är en av de riktigt spännande sakerna med mineralfysik."

Dygert samarbetade med Jackson School Docent Jung-Fu Lin, Professor James Gardner och Ph.D. student Edward Marshall, liksom Yoshio Kono, en strållinjeforskare vid Geophysical Laboratory vid Carnegie Institution of Washington.

Stora delar av månskorpan består av 98 procent plagioklas - en typ av mineral. Enligt rådande teori, som studien ifrågasätter, renheten beror på att plagioklas flyter till ytan av magmahavet under hundratals miljoner år och stelnar till månskorpan. Denna teori bygger på att magmahavet har en specifik viskositet, en term relaterad till magmans "gooiness, "som skulle göra det möjligt för plagioklas att separera från andra täta mineraler som det kristalliserade med och stiga till toppen.

Dygert bestämde sig för att testa rimligheten i denna teori genom att direkt mäta viskositeten hos månmagma. Prestationen innebar att återskapa det smälta materialet i labbet genom att snabbsmälta mineralpulver i månliknande proportioner i en högtrycksapparat vid en synkrotronanläggning, en maskin som skjuter ut en koncentrerad stråle av högenergiröntgenstrålar, och sedan mäta den tid det tog för en smältresistent sfär att sjunka genom magmen.

"Tidigare, det hade inte funnits några laboratoriedata för att stödja modeller, " sa Lin. "Så det här är verkligen första gången vi har tillförlitliga laboratorieexperimentresultat för att förstå hur månens skorpa och inre bildades."

Experimentet fann att magmasmältan hade en mycket låg viskositet, någonstans mellan olivolja och majssirap vid rumstemperatur, ett värde som skulle ha stött plagioklasflotation. Dock, det skulle också ha lett till blandning av plagioklas med magman, en process som skulle fånga in andra mineraler mellan plagioklaskristallerna, skapar en oren skorpa på månens yta. Eftersom satellitbaserade undersökningar visar att en betydande del av jordskorpan på månens yta är ren, en sekundär process måste ha återuppstått månen, avslöjar en djupare, yngre, renare lager av flytskorpa. Dygert sa att resultaten stöder en "skorpan omkull" på månens yta där den gamla blandade skorpan ersattes med unga, flytande, heta avlagringar av ren plagioklas. Den äldre cruse kan också ha eroderats bort av asteroider som slår in i månens yta.

Dygert sa att studiens resultat exemplifierar hur småskaliga experiment kan leda till storskalig förståelse av geologiska processer som bygger planetkroppar i vårt solsystem och andra.

"Jag ser månen som ett planetariskt labb, " sa Dygert. "Den är så liten att den svalnade snabbt, och det finns ingen atmosfär eller plattektonik för att utplåna de tidigaste processerna av planetarisk evolution. Koncepten som beskrivs här skulle kunna tillämpas på nästan vilken planet som helst."