新研究顯示月球誕生或完全源自地球物質(zhì)(圖)
這是阿波羅17號宇航員在月球表面考察的景象，時間是1972年12月，這也是最后一次阿波羅登月。美國于上世紀(jì)60~70年代實施的阿波羅載人登月計劃一共帶回了381.7公斤的采自不同地區(qū)的月球巖石和土壤樣本，為月球科學(xué)研究的發(fā)展提供了寶貴素材，然而對于月球究竟最初是如何形成的，科學(xué)界仍舊存在爭議
新浪科技訊 北京時間4月16日消息，據(jù)芝加哥大學(xué)網(wǎng)站報道，近期對上世紀(jì)70年代阿波羅計劃期間收集的月壤樣本進行的最新分析顯示，目前被主流科學(xué)界所接受的有關(guān)月球可能起源于45億年前一顆火星大小的天體和地球相撞的理論可能是錯誤的。
根據(jù)大撞擊理論，計算機模擬認(rèn)為月球誕生的“母體”來源應(yīng)當(dāng)是兩顆星球，即地球和另一顆火星大小的，被稱之為“忒伊亞”的星球。然而近期由芝加哥大學(xué)地球物理系研究生張君君(Junjun Zhang，音譯)和4位合作者共同發(fā)表的一份論文似乎對這一主流理論形成了挑戰(zhàn)。此項研究對比了月球，地球和隕星體中的鈦含量。他們發(fā)現(xiàn)月球的物質(zhì)組成應(yīng)當(dāng)僅僅源自地球。
芝加哥大學(xué)地球物理學(xué)副教授尼古拉·道菲斯(Nicolas Dauphas)是這篇刊載于本月25日出版的《科學(xué)》雜志地球科學(xué)分冊上的論文的合著者。他解釋說：“如果月球果真是由兩顆天體相互撞擊而形成的，那么就像人的遺傳一樣，它的物質(zhì)組成中就應(yīng)當(dāng)包含有來自兩顆星球的物質(zhì)，大約各自占據(jù)一半的比重。但是我們分析的結(jié)果顯示，月球和地球之間在化學(xué)成分上幾乎沒有差異。這就說明月球是一個只有單個母體的后代，至少我們目前是這樣認(rèn)為。”
研究小組基于鈦同位素分析進行了相關(guān)研究，所謂同位素是指質(zhì)子數(shù)相同，但是原子核中的中子數(shù)量存在差異的原子。之所以選取鈦元素作為此項研究的對象，是因為這一元素非常耐高溫。這就意味著當(dāng)遭受極端高溫環(huán)境時，它仍將傾向于保持固態(tài)或熔融狀態(tài)，而不會變成氣體形態(tài)逃逸。鈦元素同時還保留著在太陽誕生之前的無數(shù)次超新星爆發(fā)中產(chǎn)生的不同同位素特征。這些爆發(fā)事件將具有輕微差異的鈦同位素撒入太空之中。太陽系中不同的天體在相互碰撞中獲得不同的同位素特征，這讓科學(xué)家們得以追蹤月球物質(zhì)的真正起源。
行星DNA
道菲斯說：“當(dāng)我們對不同的行星和隕星體進行考察時，我們可以看到不同的同位素特征。這就像是它們各自不同的DNA。”隕星是墜落地球的小行星碎片，其中鈦同位素的特征和地球相比存在很大的差異。而分析的結(jié)果顯示，月球的鈦同位素特征和地球相比嚴(yán)格相符。張君君說：“我們一直認(rèn)為月球有兩個母體，但是當(dāng)我們對其化學(xué)成分進行分析時卻發(fā)現(xiàn)，看起來它只有一個母體。”
張君君先前便已經(jīng)發(fā)現(xiàn)月球和地球樣本中的鈦同位素組成存在差異。隨后她對這些結(jié)果中的宇宙射線偏差進行了修正，這種偏差將有可能造成月球樣本鈦同位素數(shù)據(jù)的變化。地球和月球每時每刻都處于來自太陽和更遙遠(yuǎn)星系產(chǎn)生的宇宙射線的轟擊之中。地球擁有大氣和磁場來有效抵御這種轟擊，而月球卻完全暴露在這種“狂轟濫炸”之中。
張君君說：“我們將鈦同位素的數(shù)據(jù)與釤和釓兩種元素的數(shù)據(jù)進行比對，因為這兩種元素對宇宙射線水平非常敏感。”造成地月之間這兩種元素組成上發(fā)生變化的因素一般而言就是宇宙射線的作用。張君君說：“我們發(fā)現(xiàn)了鈦元素和釤和釓兩種元素的數(shù)據(jù)之間存在非常漂亮的線性相關(guān)。”
張君君的此項工作大大推進了其它科學(xué)家先前已經(jīng)取得的結(jié)果。不過他們所采用的方法是對比地球和月球土壤樣本中的氧同位素數(shù)據(jù)，但是這種元素相對較不耐高溫，因此在發(fā)生大規(guī)模沖撞時較容易發(fā)生氣化。
月球誕生之謎
但是要想最終揭開月球的形成之謎仍將是非常困難的，因為每一種月球形成理論都有其缺點。比方說，盡管鈦元素非常耐高溫，當(dāng)發(fā)生極其劇烈的沖撞事件時仍然可能發(fā)生氣化并最終滲入圍繞地球運行的撞擊產(chǎn)物中，并最終演化成了月球。這一過程可能就將來自忒伊亞的標(biāo)記消除了，這樣的結(jié)果同樣可以解釋此次芝加哥大學(xué)的研究結(jié)果。但是這一說法的問題在于，如果圍繞地球轉(zhuǎn)動的撞擊物質(zhì)盤和地球本體之間存在過多的物質(zhì)交換，這將導(dǎo)致整個物質(zhì)盤落回地球。
于是我們又回到一個早已經(jīng)拋棄的古老假設(shè)中去了：是否有可能月球是早期處于高速自轉(zhuǎn)中的地球在遭受撞擊之后分裂出去的一部分?這一假說將可以解釋地球和月球之間存在的物質(zhì)成分相似性，但是地球怎么可能自轉(zhuǎn)速度會快到可以將這么一大塊物質(zhì)分裂出去呢?這一點難以得到解釋。
還有第三種理論，那就是地球和一個“冰凍星球”相撞，這顆星球完全不含有鈦元素。然而在太陽系中并不存在完全由冰雪組成的星球。道菲斯說：“無論如何它們的含量中總歸會有相當(dāng)一部分巖石物質(zhì)，因此它仍然會帶有一部分鈦元素。”
再或者，這顆假想中的“忒伊亞”星球恰好擁有和地球完全相同的化學(xué)組成特性。但是這不太可能，因為地球的化學(xué)組成特征是在數(shù)千萬年間和來自太陽系各處的不同星體發(fā)生撞擊合并之后混合的結(jié)果，出現(xiàn)與之相同化學(xué)組成的情況非常困難。
道菲斯說：“我想我們知道月球是由什么組成的，它是如何形成的，但是即便是在阿波羅計劃實施40多年之后的今天，我們對于這些封存在美國宇航局設(shè)施內(nèi)的月壤樣本仍然有很多事情可以做。”
