版權歸原作者所有，如有侵權，請聯係我們(men)

月球是如何形成的？

當前最為(wei) 主流的假說為(wei) “大碰撞假說”。

大約 45 億(yi) 年前，一顆火星般大小的天體(ti) Theia 撞擊了年輕的地球，將地球的一部分（主要是地幔）拋射入了宇宙中，從(cong) 而產(chan) 生了月球。

圖｜Theia 撞擊地球。（來源：維基百科）

此前支持“大碰撞假說”的證據，來自由阿波羅計劃（Project Apollo）帶回來的月球岩石，其所含的氧同位素組成比例與(yu) 地球地幔幾乎完全一樣。

如今，科學家們(men) 又有了新線索，進一步支持了有關(guan) 月球形成的“大碰撞假說”。

在一項最新研究中，蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zurich）的地球化學家、宇宙化學家和岩石學家，在月球隕石中發現了來自地球地幔的稀有氣體(ti) （也稱惰性氣體(ti) ）——氦（Helium）和氖（Neon）。

相關(guan) 研究論文以“Indigenous noble gases in the Moon’s interior”為(wei) 題，已發表在權威科學期刊《科學進展》（Science Advances）上。

（來源：Science Advances）

4 種假說

關(guan) 於(yu) 月球的起源，除了“大碰撞假說”之外，科學家們(men) 還先後提出了“捕獲假說”“同源假說”“分裂假說”，但都存在一定的理論缺陷。

在“捕獲假說”中，科學家們(men) 認為(wei) ，月球是太陽係早期形成的眾(zhong) 多宇宙天體(ti) 之一，它也像其他天體(ti) 一樣漂浮在軌道上，直到有一天，由於(yu) 被地球的引力吸引而脫離了原來的軌道，成為(wei) 了地球唯一的天然衛星。

但是，要想這一假說成立，需要地球擁有一個(ge) 有非常大的大氣層來消耗月球通過時的能量，以減緩月球運動速度。

而“同源假說”則講述了另一個(ge) 不同的故事，即地球和月球形成於(yu) 同一原生吸積盤。

但這一假說無法解釋月球上金屬鐵的匱乏，也不能解釋地月係統的高角動量。

“分裂假說”也存在一定的理論缺陷，該假說認為(wei) ，地球由於(yu) 自身的快速自轉而斷裂，破碎部分則變成了月球。

但是，要產(chan) 生如此大的離心力，需要地球在誕生初始時就具有超高速的自轉。

而在“大碰撞假說”中，科學家們(men) 認為(wei) ，在太陽係誕生的早期，巨大的撞擊是很常見的。由電腦模擬的大碰撞模型表明，這樣的撞擊後產(chan) 生的雙星係統具有充分的角動量匹配目前地月係統的軌道參數，而且也可以解釋月球具有相對較小核心的原因。

圖｜關(guan) 於(yu) “大碰撞假說”的簡易描述。（來源：維基百科）

此外，這一假說還可以合理解釋地月成分的不同：月球的大部分組成成分都來自撞擊前的天體(ti) ，而並不是原生的地球。

但是，這個(ge) 假說仍然不是很完善。例如，有關(guan) 隕石的研究顯示，火星、灶神星等其他內(nei) 太陽係天體(ti) 的氧和鎢同位素成分與(yu) 地球不同，而地球和月球卻有著非常相似的同位素成分。

一個(ge) 合理的解釋是，導致地月係形成的撞擊混合了地球和月球形成時揮發的物質，有可能導致兩(liang) 個(ge) 天體(ti) 之間同位素的組成變得均衡，但這種解釋也依然存在爭(zheng) 議。

盡管“大碰撞假說”不是很完美，但或許是當前有關(guan) 月球形成的論據最充分的解釋，未來也需要更多的證據來支撐。

新證據支持“大碰撞假說”

稀有氣體(ti) ，是指在元素周期表中同屬第 18 族的元素。它們(men) 性質相似，在常溫常壓下都是無色無味的單原子氣體(ti) ，很難進行化學反應。天然存在的稀有氣體(ti) 共有 6 種，即氦（He）、氖（Ne）、氬（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）和氡（Rn）。

稀有氣體(ti) 在工業(ye) 方麵主要應用為(wei) 照明設備、焊接和太空探測等。例如，氬和氮的混合氣體(ti) 是白熾燈中填充的保護氣；氪由於(yu) 可以降低燈絲(si) 的蒸發率而常用於(yu) 色溫和效率更高性能白熾燈；在放電燈中填充不同的稀有氣體(ti) ，可以產(chan) 生不同顏色的光，比如霓虹燈中常見的氖燈。

在此次工作中，研究團隊利用稀有氣體(ti) 質譜儀(yi) ，測量了隕石樣本中亞(ya) 毫米級的玻璃顆粒（在玄武岩冷卻時形成），排除了太陽風作為(wei) 探測到的氣體(ti) 的來源。

論文的第一作者和通訊作者 Patrizia Will 分析了來自南極收集的 6 個(ge) 月球隕石樣本，這些樣本是由 NASA 在南極洲的“冷沙漠”中采集的，其形成原因可以推測為(wei) ：由於(yu) 沒有大氣層的保護，月球表麵不斷遭到小行星撞擊，一次高能撞擊使得岩石碎片從(cong) 熔岩流的中間層噴出，最終以隕石的形式來到了地球。

這些隕石由玄武岩組成，玄武岩是月球內(nei) 部岩漿湧出並迅速冷卻時形成的，由於(yu) 在形成後被其他玄武岩層覆蓋，避免了來自宇宙射線尤其是太陽風的傷(shang) 害。

結果顯示，玻璃顆粒保留了太陽氣體(ti) 的化學指紋（同位素特征）：月球內(nei) 部的氦和氖，而且檢測到的氦和氖的含量比預期的要高得多。

圖｜交叉偏振光下的 LAP 02436 樣品薄片。（來源：蘇黎世聯邦理工學院）

這一發現有力地支持了月球“繼承”了地球天然存在的稀有氣體(ti) 。“這是一個(ge) 令人興(xing) 奮的結果，而這些玄武岩材料與(yu) 月球表麵的任何暴露都無關(guan) 。” Will 說。

對此，論文作者之一、蘇黎世聯邦理工學院教授 Henner Busemann 表示：在未來的工作中，研究團隊繼續將在月球隕石中尋找其他稀有氣體(ti) ，比如氙（Xenon）和氪（Krypton），以及其他揮發性元素，比如氫（Hydrogen）或鹵素（Halogen）。

“這一發現可能會(hui) 幫助地球化學和地球物理學科學家創建新的模型，更普遍地展示這些最易揮發的元素是如何在我們(men) 的太陽係內(nei) /外的行星形成過程中幸存下來的。”

參考資料：

https://www.eurekalert.org/news-releases/961341

歡迎掃碼關(guan) 注深i科普！

我們(men) 將定期推出

公益、免費、優(you) 惠的科普活動和科普好物！