月亮究竟打哪儿来?

  前沿, 天文

关于月亮的起源,最主要的理论是大碰撞理论,认为月亮是由天体碰撞形成的。当地球还是原始地球的时候,一个被称为忒伊亚(希腊神话中月亮女神塞勒涅之母的名字)的星体与它相撞,释放了许多的能量,将忒伊亚和地球的大部分地幔汽化,这些被汽化的物质飞离地球后慢慢结合起来,就形成月球这个美丽而贫瘠的星体。

查尔斯•达尔文之子、乔治•达尔文(George Darwin),在 1898 年提出了月球起源的裂变理论,他认为地球和月亮是一体的,后来分开了。但是,这一猜测并没有给出相应的机制。1975 年,美国天文学家威廉·哈特曼(William K. Hartmann)和唐纳德·达韦斯(Donald R. Davis)提出了大碰撞理论,并论证此类巨大的碰撞可以产生轨道动力学特征与今天的地月系统相符的体系。但是,这个理论一直以来只是一种可能的解释,并没有物理证据的支持。(※ 该段已更正)

不过,这个理论如今得到了进一步的验证。华盛顿大学的一个研究小组发现了新的证据:我们的月亮确实是很久以前在太阳系的一场灾难中形成的。研究结果发表在《自然》上。这一发现解决了科学家们困惑了 30 多年的谜题。

这些调查结果的关键是锌。或者更具体地说,是在月球岩石中发现的一种较重的锌的同位素。一群地质化学家分析了阿波罗登月任务期间收集的玄武岩(为了保证样本的多样性,研究小组分析了 20 个不同的月球岩石样本,这些岩石分别是阿波罗第 11、12、15 和 17 号任务时在月球上的不同位置采集的),以及月球陨石样本,并将月岩与地球上的同类岩石做比较。

通过交叉偏振片的透射光观测到的月球岩石图像(图片:m.theatlantic.com)

通过交叉偏振片的透射光观测到的月球岩石图像(图片:m.theatlantic.com)

总的来说,月球岩石与地球岩石在化学成分上相似,不过研究人员发现,月岩相对缺乏容易蒸发的元素。 大碰撞理论认为,忒伊亚与地球发生灾难性的碰撞时产生了剧大的热量,月球上的水沸腾汽化,而月球表面的锌可能也同样汽化了。随着冷凝的发生,较重的锌原子从汽化的岩石云中凝结下来,而较轻的锌原子以蒸气形式从体系中逸出。

研究人员在月岩中发现了同位素分馏的现象,这是一种大量元素分离的情况。尽管月球的玄武岩和地球的岩石成分相似,却缺少容易蒸发的 “挥发性物质”。研究人员发现,月岩极度缺乏钠、钾、锌和铅——所有这些元素都是适度挥发的元素,这些元素在大碰撞理论描述的那场灾难中可能被汽化了。其他关于月球起源的理论都没有解释分馏的问题。合作研究人员弗雷德里克•莫瓦尼埃(Frédéric Moynier)表示,同位素的组成数据 “是自发现月球岩石中挥发性物质有损耗以来,为整个汽化现象提供的第一物证”。

更正说明: 此处原文误将碰撞理论当成乔治•达尔文最先于 1898 年提出。发布之初我们没有注意到这一点,后经读者提醒做了更正。特此说明。(2012-10-30)

编译自: 《大西洋月刊》网站,How the Moon Was Born
文章图片: m.theatlantic.com

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