Près de 50 ans après nos premiers pas sur la lune, échantillons des missions Apollo, Mars et Vesta ont encore beaucoup à nous dire sur la formation des planètes et des volcans de la Terre, et Diamond Light Source aide à mettre en lumière ces informations.

Une collaboration internationale impliquant des scientifiques à Tenerife, les États-Unis et le Royaume-Uni, utilisez Diamond Light Source, le synchrotron national du Royaume-Uni pour étudier l'effet de la gravité sur les planètes rocheuses. Ils examineront des roches de plus de trois milliards d'années de la lune collectées lors des missions Apollo, ainsi que des météorites de Mars, Vesta, et d'autres environnements collectés en Antarctique.

L'équipe, dirigée par le Dr Matt Pankhurst, Instituto Volcanológico de Canarias/(l'Institut Volcanologique Canarien (INVOLCAN) avec les co-chercheurs Dr Ryan Zeigler, Nasa; Dr Rhian Jones, Université de Manchester; Dr Beverley Coldwell, ITER; Dr Hongchang Wang, Source lumineuse de diamant; Dr Robert Atwood, Diamond Light Source et Dr Nghia Vo, Diamond Light Source - vise à utiliser les échantillons pour faire des comparaisons entre les processus et les échelles de temps qui forment des roches similaires qui sont collectées dans différentes conditions gravitationnelles.

L'équipe réunie va tester l'hypothèse selon laquelle un mécanisme clé dans la genèse et l'évolution du magma repose sur la gravité pour séparer physiquement les cristaux d'où ils se sont formés dans une fonte, et en bouillies au fond des corps magmatiques. Ce mécanisme ne doit pas fonctionner en apesanteur, mais devrait opérer à des degrés divers sur des corps rocheux. Ils sont en mesure de mener ces recherches grâce à l'équipement et aux capacités d'analyse en temps réel disponibles chez Diamond.

Les résultats peuvent être extrapolés pour aider à modéliser les conditions sur et à l'intérieur des planètes plus grandes, ce qui pourrait nous fournir plus d'informations sur la priorité de la recherche sur les exoplanètes et la recherche de la vie.

Ce sera la deuxième visite à Diamond pour le Dr Matt Pankhurst. Il explique :« Lors de notre précédente visite, nous avons utilisé une nouvelle technique d'imagerie développée à Diamond pour réaliser une cartographie en 3D de l'olivine, un minéral vert commun trouvé dans le sous-sol de la Terre et dans ces échantillons de lune et d'autres roches. Ces cartes ont éclairé notre compréhension de la façon dont la gravité affecte les processus géologiques et aident à comprendre ceux des planètes plus grandes et d'autres corps rocheux. »

Dans le magma, le rapport fer/magnésium dans l'olivine évolue sur des périodes allant de quelques heures à plusieurs mois, et ces changements sont « bloqués » dans le minéral lorsque le magma se refroidit. Des images 3D précises de la distribution du fer dans l'olivine de la lune et d'autres échantillons «déverrouilleront» des informations sur les processus magmatiques au cours desquels ils se sont formés. Le Dr Pankhurst poursuit :

"Les roches volcaniques commencent à se former sous la surface et finissent de se former une fois qu'elles sont entrées en éruption et complètement gelées. Ce que nous visons à reconstruire à partir de ces échantillons de roche, ce sont des informations telles que les modèles de flux de magma dans le système volcanique, à quoi ressemblait la durée de stockage du magma, et potentiellement même identifier les déclencheurs d'éruption. Les données seront analysées à l'aide d'une modélisation de diffusion de pointe qui établira l'histoire des cristaux individuels. »

L'équipe a précédemment examiné des échantillons des missions Apollo 12 et 15, à l'aide d'une technique avancée d'imagerie de speckle aux rayons X développée sur Beamline B16 à Diamond Light Source. Cette fois, ils utiliseront Beamline I12 pour produire des images de tomographie par ordinateur à haute résolution des échantillons. Dr Robert Atwood, Le scientifique de la ligne de lumière sur I12 ajoute :« La ligne de lumière I12 offre un grand monochromatique, longueur d'onde unique, Faisceau de rayons X avec des énergies de photons sélectionnables entre 53 et 150 keV. Un tel faisceau peut pénétrer à travers des échantillons denses comme les roches lunaires et les météorites étudiées par l'équipe du Dr Pankhurst. L'absorption des rayons X par les matériaux dépend de l'énergie des photons des rayons X. En balayant les échantillons avec un faisceau d'énergie à photon unique, les caractéristiques d'absorption des rayons X des minéraux dans les échantillons peuvent être déterminées, fournir des informations sur la chimie locale. Nous avons également développé une technique de balayage tomographique hélicoïdale spéciale avec une qualité de données améliorée, ce qui est important pour les études minéralogiques de ces précieux spécimens."

Le Dr Pankhurst poursuit :« Près de 50 ans après que les premiers humains se soient posés sur la lune, il y a encore beaucoup de choses que nous ne savons pas sur la façon dont la lune s'est formée, et la nature de l'activité volcanique lunaire. Nous savons que, sur Terre, les éruptions volcaniques peuvent être déclenchées (ou terminées) par des changements dans le magma (roche en fusion) dans ou sous la croûte de la planète. Les enregistrements chimiques dans les cristaux peuvent être utilisés pour nous renseigner sur la dynamique physique à l'intérieur du magma menant à une éruption. Toutes les dynamiques physiques sont soumises à la gravité, ainsi, regarder les enregistrements chimiques dans les cristaux qui se sont formés sous différentes gravités nous donne non seulement un aperçu de l'évolution des planètes rocheuses, mais aussi une base de référence précieuse pour interpréter les enregistrements terrestres. En accédant à la dynamique des magmas du passé, le but est de construire une bibliothèque de ce qui se passe avant une éruption, qui soutiendra des prévisions plus précises des futures éruptions."