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嘘!悄悄告诉你月球的小秘密

发布日期:2020年11月23日 来源 : 中国的航天 字体: 【大】【中】【小】

  说起月球,每个人都有一箩筐与她相关的故事。她陪伴我们走过无数条小夜路,出现在几乎每一个睡前故事里,装点过千千万万人的梦境。她名副其实是我们最熟悉的地外天体了,也是我们人类迄今唯一踏足过的天体。
 
  但其实,月球还藏了很多我们不知道的小秘密,比如她的身世来历,这颗陪伴我们的美丽星球,究竟是怎么出现在地球身边的呢?还有不少尚未解开的谜团。
 
  阿波罗计划带回的月岩样本,为月球的身世提供了决定性线索。在那之前,科学家对月球形成的原因有各种猜测。
 
  当时盛行的理论主要有“同源说”“分裂说”和“捕获说”三种:“同源说”认为月球和地球一起在太阳系的“原行星盘”中形成,“分裂说”认为月球是地球因为形成早期自转速度太快而“甩出去”的一部分,“捕获说”则认为月球是被地球引力捕捉到的天体。上个世纪中期,老科普书里常常看到月球是地球的“姐妹”或者“女儿”这样的比喻,就是“同源说”和“分裂说”图景下的描述。这些猜想说起来头头是道,但都停留在逻辑推论的层面上,缺乏实际的证据支持。
 
  直到阿波罗计划从月球表面带回了样本,其中包括黑色的月海玄武岩、浅色的斜长岩、被陨石撞击而纠结变形的角砾岩,还有带着绿色、橙色和黄色调的火山玻璃,人们才眉头一皱,发现事情并不简单。
 
  首先是月球太“干”了。在地球岩石里常见的那些容易挥发的物质,当然包括水,在月球岩石里都找不到踪迹;然后是月球的铁含量比起地球来太低;但更说明问题的是:
 
  这些岩石中,能够代表古老月壳的那些最古老的岩石,都实在太轻了。
 
  这其中,阿波罗15号带回来的一块斜长石是人类找到的太阳系内最古老的岩石之一,年龄超过了40亿岁,因为它影响了后来人们对月球起源的认识,又被称为“起源石”。
 

  起源石是来自雨海东部边缘的一块斜长石,是古老月壳的一部分。组成这种岩石的化学元素主要是钠、铝、钙、硅和氧,几乎完全没有重元素。
 
  要形成这种轻飘飘的月壳,月球在诞生初期得有遍及全球的岩浆海洋,让最轻的矿物浮在最上层。那么问题来了:要让整个月球处于这样的状态,需要巨大的能量,能量从哪儿来?
 
  就只有一次巨大的撞击了呗。
 
  主流的“大碰撞假说”在阿波罗计划结束后不久被提出,描述了这样一幅图景:一个与火星差不多大小的原行星从侧面撞击了地球,撞击产生的巨大能量将海量的硅酸盐抛到太空中。在撞击之前,地球和这颗原行星都已经完成了内部的分异,绝大部分铁元素沉入了核心,所以撞击抛出的物质里铁元素比较少;被抛出的部分温度很高,所以挥发性物质都跑掉了,再冷却形成的,就是一个干燥、贫金属、表面沸腾着岩浆洋的月球。
 
  “大碰撞假说”在上个世纪九十年代盛极一时,大家几乎都是以一种板上钉钉的口气在描述它,还给撞上地球的这颗原行星起了个同样来自神话的名字叫“忒伊亚”,是月亮女神塞勒涅的母亲。但这个假说也有一个命门始终没能解决,那就是:
 
  月球岩石的同位素特征跟地球的地幔实在太像了。
 
  按理说,既然是有另一颗原行星跟地球相撞,两者的外壳都被抛出来,那么月球应该混合了一些“外来”的物质,和地幔不至于完全一样。而且根据计算机模拟的碰撞来看,月球的物质大部分来自忒伊亚。但实际上,月球物质的同位素特征却和地球保持高度一致,代表它们有着相同的来源。这就是月球起源假说的“同位素危机”。解释不了这个矛盾,“大碰撞假说”就始终只能还是假说。
 
  时间来到本世纪。科学家们展开了应对“同位素危机”的竞赛。有的人重新精确测量了阿波罗带回的样本,发现月球并不像原先所认为的那么干燥,而是含有少量的水。有的人调整了碰撞模型,让更多的地球物质能够被抛到空中。
 
  有的人提出,在撞击发生后,后来形成月球的物质和形成地球的物质曾经浑然一体,岩石蒸气在地核周围形成一个类似甜甜圈形状的构造,后来内侧形成地球,外侧形成月球。这种“连接构造模型”或者说“合星模型”基于对系外行星的观测,有时候碰撞并不会产生包围在行星周围的碎屑盘,而是形成介于行星和星盘之间的这样一种构造。
 
  还有人提出,导致月球形成的可能不是一次由巨大原行星带来的撞击,而是一系列的小型撞击,只要撞击角度合适,就能尽可能多地溅起地球物质,形成一颗与地幔物质来源相同的月球,而多个小型天体混合之后也不会留下明显的同位素痕迹。
 
  凡此种种,还需要更多地模拟、推测,以及来自月岩样本的更多信息。

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