月球诞生未解之谜来自地球吗

　　上图是阿波罗17号宇航员在月球表面考察的景象，时间是1972年12月，这也是最后一次阿波罗登月。美国于上世纪60~70年代实施的阿波罗载人登月计划一共带回了381.7公斤的采自不同地区的月球岩石和土壤样本，为月球科学研究的发展提供了宝贵素材，然而对于月球究竟最初是如何形成的，科学界仍旧存在争议。

　　据芝加哥大学网站报道，近期对上世纪70年代阿波罗计划期间收集的月壤样本进行的最新分析显示，目前被主流科学界所接受的有关月球可能起源于45亿年前一颗火星大小的天体和地球相撞的理论可能是错误的。

　　根据大撞击理论，计算机模拟认为月球诞生的“母体”来源应当是两颗星球，即地球和另一颗火星大小的，被称之为“忒伊亚”的星球。然而近期由芝加哥大学地球物理系研究生张君君(Junjun Zhang，音译)和4位合作者共同发表的一份论文似乎对这一主流理论形成了挑战。此项研究对比了月球，地球和陨星体中的钛含量。他们发现月球的物质组成应当仅仅源自地球。

　　芝加哥大学地球物理学副教授尼古拉·道菲斯(Nicolas Dauphas)是这篇刊载于本月25日出版的《科学》杂志地球科学分册上的论文的合著者。他解释说：“如果月球果真是由两颗天体相互撞击而形成的，那么就像人的遗传一样，它的物质组成中就应当包含有来自两颗星球的物质，大约各自占据一半的比重。但是我们分析的结果显示，月球和地球之间在化学成分上几乎没有差异。这就说明月球是一个只有单个母体的后代，至少我们目前是这样认为。”

　　研究小组基于钛同位素分析进行了相关研究，所谓同位素是指质子数相同，但是原子核中的中子数量存在差异的原子。之所以选取钛元素作为此项研究的对象，是因为这一元素非常耐高温。这就意味着当遭受极端高温环境时，它仍将倾向于保持固态或熔融状态，而不会变成气体形态逃逸。钛元素同时还保留着在太阳诞生之前的无数次超新星爆发中产生的不同同位素特征。这些爆发事件将具有轻微差异的钛同位素撒入太空之中。太阳系中不同的天体在相互碰撞中获得不同的同位素特征，这让科学家们得以追踪月球物质的真正起源。

　　行星DNA

　　道菲斯说：“当我们对不同的行星和陨星体进行考察时，我们可以看到不同的同位素特征。这就像是它们各自不同的DNA。”陨星是坠落地球的小行星碎片，其中钛同位素的特征和地球相比存在很大的差异。而分析的结果显示，月球的钛同位素特征和地球相比严格相符。张君君说：“我们一直认为月球有两个母体，但是当我们对其化学成分进行分析时却发现，看起来它只有一个母体。”

　　张君君先前便已经发现月球和地球样本中的钛同位素组成存在差异。随后她对这些结果中的宇宙射线偏差进行了修正，这种偏差将有可能造成月球样本钛同位素数据的变化。地球和月球每时每刻都处于来自太阳和更遥远星系产生的宇宙射线的轰击之中。地球拥有大气和磁场来有效抵御这种轰击，而月球却完全暴露在这种“狂轰滥炸”之中。

　　张君君说：“我们将钛同位素的数据与钐和钆两种元素的数据进行比对，因为这两种元素对宇宙射线水平非常敏感。”造成地月之间这两种元素组成上发生变化的因素一般而言就是宇宙射线的作用。张君君说：“我们发现了钛元素和钐和钆两种元素的数据之间存在非常漂亮的线性相关。”

　　张君君的此项工作大大推进了其它科学家先前已经取得的结果。不过他们所采用的方法是对比地球和月球土壤样本中的氧同位素数据，但是这种元素相对较不耐高温，因此在发生大规模冲撞时较容易发生气化。

　　月球诞生之谜

　　但是要想最终揭开月球的形成之谜仍将是非常困难的，因为每一种月球形成理论都有其缺点。比方说，尽管钛元素非常耐高温，当发生极其剧烈的冲撞事件时仍然可能发生气化并最终渗入围绕地球运行的撞击产物中，并最终演化成了月球。这一过程可能就将来自忒伊亚的标记消除了，这样的结果同样可以解释此次芝加哥大学的研究结果。但是这一说法的问题在于，如果围绕地球转动的撞击物质盘和地球本体之间存在过多的物质交换，这将导致整个物质盘落回地球。

　　于是我们又回到一个早已经抛弃的古老假设中去了：是否有可能月球是早期处于高速自转中的地球在遭受撞击之后分裂出去的一部分?这一假说将可以解释地球和月球之间存在的物质成分相似性，但是地球怎么可能自转速度会快到可以将这么一大块物质分裂出去呢?这一点难以得到解释。

　　还有第三种理论，那就是地球和一个“冰冻星球”相撞，这颗星球完全不含有钛元素。然而在太阳系中并不存在完全由冰雪组成的星球。道菲斯说：“无论如何它们的含量中总归会有相当一部分岩石物质，因此它仍然会带有一部分钛元素。”

　　再或者，这颗假想中的“忒伊亚”星球恰好拥有和地球完全相同的化学组成特性。但是这不太可能，因为地球的化学组成特征是在数千万年间和来自太阳系各处的不同星体发生撞击合并之后混合的结果，出现与之相同化学组成的情况非常困难。

　　道菲斯说：“我想我们知道月球是由什么组成的，它是如何形成的，但是即便是在阿波罗计划实施40多年之后的今天，我们对于这些封存在美国宇航局设施内的月壤样本仍然有很多事情可以做。”

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