Bijna 50 jaar na onze eerste stappen op de maan, monsters van de Apollo-missies, Mars en Vesta hebben ons nog veel te vertellen over de vorming van de planeten en de vulkanen van de aarde, en Diamond Light Source helpt om een ​​licht te werpen op deze inzichten.

Een internationale samenwerking met wetenschappers in Tenerife, de VS en het VK, gebruiken Diamond Light Source, de Britse nationale synchrotron om het effect van zwaartekracht op rotsachtige planeten te onderzoeken. Ze zullen drie miljard jaar oude stenen van de maan onderzoeken die tijdens de Apollo-missies zijn verzameld, evenals meteorieten van Mars, Vesta, en andere omgevingen verzameld in Antarctica.

Het team, geleid door Dr. Matt Pankhurst, Instituto Volcanológico de Canarias/(het Canarische Vulkanologisch Instituut (INVOLCAN) met co-onderzoekers Dr. Ryan Zeigler, NASA; Dr. Rhian Jones, Universiteit van Manchester; Dr. Beverley Coldwell, ITER; Dr. Hongchang Wang, Diamant lichtbron; Dr. Robert Atwood, Diamond Light Source en Dr. Nghia Vo, Diamond Light Source - streeft ernaar de monsters te gebruiken om vergelijkingen te maken tussen processen en tijdschalen die vergelijkbare rotsen vormen die zijn verzameld uit verschillende zwaartekrachtomstandigheden.

Het verzamelde team gaat de hypothese testen dat een belangrijk mechanisme in het ontstaan ​​en de evolutie van magma afhankelijk is van de zwaartekracht om kristallen fysiek te scheiden van waar ze zich in een smelt hebben gevormd, en in brij op de bodem van magmalichamen. Dit mechanisme mag niet werken zonder zwaartekracht, maar zou in verschillende mate moeten werken op rotsachtige lichamen. Zij zijn in staat om dit onderzoek uit te voeren vanwege de apparatuur en realtime analytische mogelijkheden die bij Diamond beschikbaar zijn.

De resultaten kunnen worden geëxtrapoleerd om de omstandigheden op en binnen grotere planeten te modelleren, die ons meer informatie zouden kunnen geven over het prioriteren van onderzoek naar exoplaneten en de zoektocht naar leven.

Dit wordt het tweede bezoek aan Diamond voor Dr. Matt Pankhurst. Hij legt uit:"Bij ons vorige bezoek, we gebruikten een nieuwe beeldvormingstechniek die bij Diamond is ontwikkeld om 3D-kartering van olivijn uit te voeren - een veel voorkomend groen mineraal dat wordt aangetroffen in de ondergrond van de aarde en in deze maan- en andere rotsmonsters. Deze kaarten hebben ons inzicht gegeven in hoe zwaartekracht geologische processen beïnvloedt en helpen die op grotere planeten en andere rotsachtige lichamen te begrijpen."

in magma, de verhouding van ijzer tot magnesium in olivijn verandert in tijdsbestekken, variërend van uren tot maanden, en deze veranderingen worden 'opgesloten' in het mineraal als het magma afkoelt. Nauwkeurige 3D-beelden van de ijzerverdeling in olivijn in de maan en andere monsters zullen informatie 'ontsluiten' over de magmatische processen waarin ze zijn gevormd. Dr. Pankhurst vervolgt:

"Vulkanische rotsen beginnen zich onder het oppervlak te vormen en eindigen met vormen zodra ze zijn uitgebarsten en volledig zijn bevroren. Wat we willen reconstrueren uit deze rotsmonsters, is informatie zoals wat de patronen van magmastroom in het vulkanische systeem waren, hoe de opslagduur van magma was, en mogelijk zelfs uitbarstingstriggers identificeren. De gegevens zullen worden geanalyseerd met behulp van state-of-the-art diffusiemodellering die de geschiedenis van individuele kristallen zal vaststellen."

Het team onderzocht eerder monsters van de Apollo 12 en 15 missies, met behulp van een geavanceerde röntgenspikkelbeeldvormingstechniek die is ontwikkeld op Beamline B16 bij Diamond Light Source. Deze keer zullen ze Beamline I12 gebruiken om computertomografiebeelden met hoge resolutie van de monsters te maken. Dr. Robert Atwood, beamline-wetenschapper over I12 voegt toe:"Beamline I12 biedt een groot, monochromatisch, enkele golflengte, Röntgenstraal met selecteerbare fotonenergieën tussen 53 en 150 keV. Zo'n straal kan doordringen door dichte monsters zoals de maanstenen en meteorieten die worden bestudeerd door het team van Dr. Pankhurst. De absorptie van röntgenstralen door materialen hangt af van de röntgenfotonenergie. Door de monsters te scannen met een enkele fotonenergiebundel, de röntgenabsorptiekenmerken van de mineralen in de monsters kunnen worden bepaald, het verstrekken van informatie over de lokale chemie. We hebben ook een speciale helix tomografische scantechniek ontwikkeld met verbeterde datakwaliteit, wat belangrijk is voor de mineralogische studies van deze kostbare exemplaren."

Dr. Pankhurst vervolgt:"Bijna 50 jaar nadat de eerste mensen op de maan landden, er is nog veel dat we niet weten over hoe de maan is ontstaan, en de aard van vulkanische activiteit op de maan. We weten dat, op aarde, vulkaanuitbarstingen kunnen worden veroorzaakt (of beëindigd) door veranderingen in magma (gesmolten gesteente) in of onder de aardkorst. Chemische gegevens in kristallen kunnen worden gebruikt om ons te vertellen over de fysieke dynamiek in het magma dat tot een uitbarsting leidt. Alle fysieke dynamiek is onderhevig aan zwaartekracht, dus kijken naar chemische gegevens in kristallen die onder verschillende zwaartekracht zijn gevormd, geeft ons niet alleen inzicht in de evolutie van rotsachtige planeten, maar ook een waardevolle basis om aardse archieven te interpreteren. Door toegang te krijgen tot de dynamiek van magma's uit het verleden, het doel is om een ​​bibliotheek op te bouwen van wat er gebeurt vóór een uitbarsting, die nauwkeurigere voorspellingen van toekomstige uitbarstingen zal ondersteunen."

NASA heeft het gebruik van 18 maanmonsters voor deze experimenten goedgekeurd. en soortgelijke, goed gekarakteriseerde terrestrische monsters zijn ook gescand, en gebruikt om de chemische samenstelling van olivijn te verifiëren. Monsters worden uitgeleend aan wetenschappers die ze willen bestuderen, een proces onder toezicht van NASA's Apollo-monstercurator, Ryan Zeigler. Als wetenschapper die de wisselwerking begrijpt tussen het bestuderen van de monsters en het bewaren ervan, er moet een balans worden gevonden in het ontwerp van het experiment. Deze beslissingen worden gemakkelijker naarmate we krachtigere, niet-destructieve technieken. Hij merkt op:

"De onderzoekers gebruiken nu state-of-the-art diffusiemodellering om de geschiedenis van individuele kristallen van olivijn vast te stellen uit 3D-beelden. Deze technieken zullen worden toegepast op de nieuwe gegevens die tijdens deze bundeltijd zijn verzameld. De resultaten zullen bijdragen aan onze begrip van maan- en planetaire vorming, onderwerpen waarover voortdurend wordt gedebatteerd sinds de monsters voor het eerst naar de aarde werden teruggebracht."

Diamond heeft enorm veel ervaring met het onderzoeken van onschatbare erfgoedstukken en het verkrijgen van nieuwe inzichten daaruit. Met behulp van deze technieken, we zouden de Britse maansteenmonsters op nieuwe manieren kunnen bestuderen, en deze nieuwe beelden zouden ze meer betekenis geven en de volgende generatie wetenschappers en ingenieurs inspireren.