主流月球形成學(xué)說遭置疑

呂吉爾/編譯

主流月球形成學(xué)說遭置疑

呂吉爾/編譯

● 1960～1970年代美國實(shí)施的“阿波羅”登月計(jì)劃，帶回了約380公斤的月巖石和土壤樣本，為研究月球提供了寶貴材料。然而，月球究竟是如何形成的，科學(xué)界仍然存在爭議。

有研究顯示，月球的鈦同位素比值比預(yù)期的更接近地球，這一結(jié)果對(duì)現(xiàn)行月球起源主流學(xué)說提出了挑戰(zhàn)。主流學(xué)說認(rèn)為：月球是由一顆火星般大小的天體在大約45億年前撞上嬰兒期的地球時(shí)形成的。

根據(jù)碰撞形成說，誕生月球的“母體”是兩顆星球，即地球和另一顆叫做“忒伊亞”（Theia）的星球。如果真是如此，那么月球應(yīng)該攜帶有地球和“第二”母體的化學(xué)印記。但一項(xiàng)發(fā)表的《地球科學(xué)》（《自然》雜志子刊）上的研究表明，月球的同位素構(gòu)成只有來自地球的貢獻(xiàn)。

芝加哥大學(xué)的地球化學(xué)家張軍軍（音譯）及其同事，利用質(zhì)譜儀對(duì)月巖石和土壤樣本中的鈦同位素（鈦-50和鈦47）比值進(jìn)行了測量（選取鈦元素作為研究對(duì)象，是因?yàn)樵撛胤浅Ｄ透邷?，即?dāng)遭受極端高溫環(huán)境時(shí)，其仍傾向于保持固態(tài)或熔融狀態(tài)，不會(huì)變成氣態(tài)逃逸）。結(jié)果顯示，兩種同位素的月球比值與地幔中的相同，都在約4 ppm（ppm=百萬分之一）以內(nèi)。

芝加哥大學(xué)地球物理學(xué)家尼古拉斯·多普斯(Nicolas Dauphas)解釋說：“如果月球果真是由兩顆天體撞擊形成的話，就像人的遺傳一樣，它的構(gòu)成中應(yīng)當(dāng)有來自兩顆星球的物質(zhì)。但分析結(jié)果顯示，月球和地球地幔在化學(xué)成分上幾乎沒有差異，說明月球是一顆只有單一母體的后代。至少目前是這樣認(rèn)為?！?/p>

對(duì)隕石的研究顯示，這類物體的鈦同位素比值與地球上的相差達(dá)600 ppm之多。而碰撞模型表明，第二天體貢獻(xiàn)了月球體積的40%之多，月球同位素比值不應(yīng)該與地球上的比值如此接近。

張軍軍并不是對(duì)月球形成學(xué)說提出挑戰(zhàn)的第一人。科學(xué)家早就知道，月巖石中氧同位素比值具有與地球地幔同樣的印記。由于氧在碰撞中極易汽化，其可能與碰撞所產(chǎn)生的蒸汽巖漿融合而形成月球，從而使這兩顆星球擁有相同的同位素比值。但張軍軍指出，由于鈦元素難以被汽化，因此兩顆星球的同位素比值不太可能一樣。

美國西南研究所的行星科學(xué)家羅賓·坎普（Robin Canup）指出，“這就是為什么這不僅僅是地球與月球之間的另一個(gè)相似點(diǎn)”，而是一個(gè)值得認(rèn)真對(duì)待的發(fā)現(xiàn)。對(duì)于張軍軍認(rèn)為應(yīng)該考慮包括分裂模型在內(nèi)的其他模型時(shí)，坎普認(rèn)為，碰撞模型可能需要修正，但沒必要廢棄?？财諛?gòu)建了一個(gè)地球與一顆兩倍于火星質(zhì)量的叛離行星之間的模型，即模擬一顆大質(zhì)量的第二天體改變地球的同位素構(gòu)成，或誕生一顆新的月球，以此推算出比以前模擬的更相似的地球。

在進(jìn)行大碰撞月球形成模型中，坎普和同事找到了更長形成時(shí)間的證據(jù)，并于2012年3月在得克薩斯州伍德蘭德召開的 “月球和行星科學(xué)大會(huì)”上報(bào)告了他們的發(fā)現(xiàn)。

張軍軍指出：“我們無法給月球起源問題提供一個(gè)肯定的答案。我們希望傳遞的信息是，同位素同質(zhì)化是研究地月系統(tǒng)演進(jìn)時(shí)需要考慮的一個(gè)新的基本要素?！?/p>

[資料來源：Nature][責(zé)任編輯：則 鳴]