地球是如何獲得月球這顆天然衛星的？這是一個(ge) 爭(zheng) 論已久的問題，其中有巨大天體(ti) 撞擊理論，該理論認為(wei) 月球是由早期地球與(yu) 一顆名為(wei) Theia（忒伊亞(ya) ）的火星大小岩石天體(ti) 碰撞而成，並已成為(wei) 眾(zhong) 多解釋中的領跑者。但關(guan) 於(yu) 這是如何發生的細節還不清楚，科學家們(men) 仍在努力解釋許多觀察結果。現在，發表在《自然地球科學》期刊上的一項新研究，解開了圍繞撞擊理論最大謎團之一：

揭示了到底發生了什麽(me) ？即為(wei) 什麽(me) 假設忒伊亞(ya) 存在，月球最終與(yu) 地球幾乎完全相同，而不是忒伊亞(ya) 。根據撞擊理論，忒伊亞(ya) 是一個(ge) 大致相當於(yu) 火星大小或更小的天體(ti) ，在45億(yi) 年前撞上了“成長”中的地球。這次碰撞產(chan) 生了足夠的熱量，形成了岩漿海洋，並將大量碎片噴射到圍繞地球的軌道上，這些碎片隨後合並成了月球，該理論解釋了地球和月球相互旋轉的方式和速度。

地月是潮汐鎖定的，這意味著月球在繞地球旋轉時總是向地球顯示相同的一麵。這就是為(wei) 什麽(me) 我們(men) 中國在2019年將嫦娥四號航天器降落在月球背麵時取得了這樣的成就，即從(cong) 地球上永遠不可能與(yu) 月球背麵直接通信。月球和地球的組成幾乎相同，不同之處在於(yu) ，月球上的鐵較少，氫等較輕的元素也較少，而氫是產(chan) 生水所需的。巨型撞擊理論解釋了其中的原因，重元素鐵將被保留在地球上。在撞擊和噴射到太空中產(chan) 生的熱量，會(hui) 將較輕的元素沸騰掉。

而地球和忒伊亞(ya) 的其餘(yu) 物質會(hui) 混合在一起，計算機模型再現了導致月球形成的事件，最符合所有觀測結果的模型表明，月球應該由來自忒伊亞(ya) 大約80%的物質組成。那麽(me) ，為(wei) 什麽(me) 月球卻可疑地與(yu) 地球相似呢？一種解釋是，忒伊亞(ya) 和早期地球從(cong) 一開始就有相同成分。但這似乎不太可能，因為(wei) 我們(men) 太陽係中每個(ge) 記錄在案的行星體(ti) 都有自己獨特的組成。略有不同，反映了距離太陽的距離，也就是天體(ti) 形成的地方。

另一種解釋是，這兩(liang) 個(ge) 天體(ti) 的混合比預期要徹底得多，在月球上留下了一個(ge) 不太清楚的忒伊亞(ya) 簽名。但這也不太可能，因為(wei) 它需要比實際發生的影響大得多的影響。這項新研究通過表明地球和月球並不像之前想象的那樣相似，從(cong) 而解決(jue) 了這一困境。研究人員非常精確地觀察了阿波羅宇航員從(cong) 月球帶回的岩石中氧元素的同位素分布。在化學上，任何元素的原子核都是由稱為(wei) 質子和中子的粒子組成；某元素的同位素在原子核中的質子數量與(yu) 常規版本相同，但中子數量不同。

在這種情況下，氧的同位素O-18，它有8個(ge) 質子和10個(ge) 中子，比更常見的O-16(有8個(ge) 質子和8個(ge) 中子)稍微重一些。研究表明，地球和月球的氧同位素組成略有不同，它們(men) 的剖麵畢竟不一樣。更重要的是，當觀察月球地幔的岩石時，這種差異會(hui) 增加，因為(wei) 月球地幔是地表或地殼以下的一層，其氧同位素比地球更輕。這事很重要，因為(wei) 地殼是混合殘骸可能最終到達的地方，而深層則會(hui) 有更多的忒伊亞(ya) 碎片。

所以忒伊亞(ya) 和地球不一樣，月球和地球也不一樣，但這些結果也讓我們(men) 對忒伊亞(ya) 本身有了更多了解。由於(yu) 重力的原因，人們(men) 可能會(hui) 期待更多更重的同位素更接近太陽。與(yu) 地球相比，忒伊亞(ya) 一定擁有更多較輕的氧同位素，這表明它可能形成於(yu) 距離太陽比地球更遠的地方。有了這項研究的結果，巨型撞擊理論在解釋月球形成方麵跨越了另一個(ge) 障礙，在這個(ge) 過程中，我們(men) 也對忒伊亞(ya) 本身有了更多了解。

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博科園｜文：Christian Schroeder/The Conversation

參考期刊《自然地球科學》

DOI: 10.1038/s41561-020-0550-0

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