月球

紀曉

很久以前，太陽是什么樣的？銀河系又發(fā)生了什么不得不說的故事？想知道這些秘密的話，來月球翻閱一下它記載的“日記”吧。

月球如何寫“日記”

運用地層覆蓋、撞擊坑密度統(tǒng)計分析以及月巖同位素測年法等方法，科學家推測，月球的年齡有44億～46億歲。在這么漫長的歲月中，月球日夜暴露在太空環(huán)境中，長年累月地接受著來自太陽和銀河系的其他星體發(fā)射的高能粒子輻射。這些粒子“灼傷”了月球，并與月球表面的其他物質(zhì)發(fā)生反應，這就是月球記錄下的“宇宙日記”。

你可能會說，這些日記地球也有記錄，為什么我們不在地球上尋找“宇宙日記”呢？太陽風（即太陽發(fā)射的高能粒子）會吹遍整個太陽系，但是這些高能帶電粒子卻很少到達地球表面。這是因為地球上方覆蓋著一個磁層，它會改變這些帶電粒子的路徑，讓粒子在與地球相撞前轉(zhuǎn)向，地球兩極出現(xiàn)的炫彩極光，就是地球磁場與太陽風在相互作用。同時地球還有一個厚厚的大氣層，大氣層也會吸收這些粒子，因此高能粒子幾乎不能與地表相遇，也就談不上記錄“日記”了。

但是月球就不一樣了，盡管在它剛形成時的短暫時期可能曾經(jīng)存在磁場，但現(xiàn)在基本已檢測不到月球磁場的存在了。而且，月球幾乎沒有大氣的存在，所以太陽風可以直接到達月球表面。每個小小的太陽粒子與月塵相撞后，都會在月塵上撕開一個微小的孔，甚至改變月塵的元素組成。因此，通過研究月塵的化學結(jié)構，我們可以看到太陽活動的記錄。

除了太陽外，銀河系的其他星體活動也會發(fā)射高能粒子，比如巨大恒星死亡時發(fā)生的超新星爆炸。這些活動釋放出的粒子通常具有比太陽風更大的能量，以至于能在月巖上留下“明顯”的傷痕，這些痕跡可以在顯微鏡下被觀察到。同時，宇宙射線還可以改變重鈣石的分子組成，使其發(fā)生核裂變。讀懂“月球日記”，我們就能了解更多宇宙秘史。

日記本中的太陽紀事

1969年以來，美國阿波羅計劃相繼六次登月，蘇聯(lián)月球1號三次登月，共取回380多千克月巖、卵石和月壤，開展了豐富的月球地質(zhì)研究活動。2020年12月，中國嫦娥五號采集了月球樣品1731余克。從這些“日記”中，科學家們讀到了多少故事呢？

太陽系中目前發(fā)現(xiàn)了八大行星，其中火星有著與地球相似的地質(zhì)環(huán)境，金星厚厚的大氣層中有適合生物生存的一些條件，但是在這些星球上至今都沒能找到生命活動的痕跡，而地球卻是生機盎然。這是為什么呢？

這個問題的答案就記載在月球“日記”中。美國宇航局的天體物理學家普拉巴·薩辛那帶領的團隊檢測了從月球帶回的巖石樣本，發(fā)現(xiàn)月球巖石跟地球上的相比有著不同的化學組分，月巖中的鉀和鈉等元素的含量明顯更少?？茖W家們認為，這是因為太陽風將這些化學物質(zhì)從月球表面剝離，而地球的大氣層則減弱了太陽風的影響。

同樣的事情還發(fā)生在太陽的“嬰兒期”。40億年前，當太陽還是一個嬰兒的時候，它經(jīng)歷了強烈的輻射爆發(fā)，向外噴射出灼熱的高能粒子。這些高能粒子來到地球上，通過引發(fā)化學反應激發(fā)了地球上的生命萌芽，從此地球上出現(xiàn)了生命?？墒牵瑯拥奶栵L卻刮走了其他星球的大氣層并奪走了星球本身的營養(yǎng)物質(zhì)，阻止了其他星球上的生命出現(xiàn)。之所以會出現(xiàn)這樣的區(qū)別，是因為火星、金星等星球磁場弱，大氣環(huán)境更易被太陽風破壞，而地球有磁場護體，太陽風不但沒有損害地球的大氣層，反而促進了生命的誕生。

月球記載的銀河大事

在過去的900萬年里，距離地球約300光年的地方，曾經(jīng)發(fā)生過多次超新星爆炸，這些事件不僅改變了地球的氣候，還曾導致小規(guī)模的生物滅絕事件。這些故事是科學家最近從月壤中讀到的。

過去，科學家認為，只有在距離地球25光年的范圍內(nèi)發(fā)生的超新星爆炸，才能使地球受到足夠強的輻射，從而導致大規(guī)模的物種滅絕，而幾百光年之外的超新星爆炸則不足為懼，但近年陸續(xù)發(fā)現(xiàn)的證據(jù)改變了這種想法。美國沃什伯恩大學的一個研究小組觀察了一顆距離地球約325光年的超新星的爆炸事件，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它輻射出的高能粒子能量比太陽風更強，能傳播幾百光年到達地球，甚至穿過地球磁場，對地球生物造成影響。

曾有研究小組從地球深海沉積物的樣本中檢測到大量的鐵-60，經(jīng)分析，這些物質(zhì)的年齡有200萬～800萬歲，研究小組推測，這些鐵-60是超新星爆炸后落到地球上的。2016年，這個小組在月球土壤樣本中也檢測到了鐵-60，且這些鐵-60的年齡與地球深海沉積物中的一樣。此外，在月壤樣本中，研究人員還發(fā)現(xiàn)了鈣-41和錳-53等元素，這些元素提示了同樣的超新星爆炸發(fā)生的時間。

最終，研究小組計算出，大約在260萬年前，距離地球約300光年的地方發(fā)生過一次超新星爆炸。這次爆炸產(chǎn)生的粒子影響了地球云層，從而使地球變冷，還使地球上一些群體規(guī)模較小的物種滅絕了，并且讓生物們發(fā)生了一些基因突變，從而可能引發(fā)了一次物種的多樣性進化。

月球能提供的宇宙信息還不止如此?？茖W家曾提出過這樣一個想法，可以在古老巖石中尋找暗物質(zhì)存在的證據(jù)：當暗物質(zhì)穿過巖石微粒時，它們會在某些礦物中留下?lián)p傷痕跡。為了減少地質(zhì)活動和人類活動的影響，他們在地球深處尋找古老的巖石，但是挖掘工作危險重重，而且還得花大量時間證明巖石中遺留的痕跡不是受中子、太陽中微子或其他物質(zhì)影響產(chǎn)生的，而僅僅是受暗物質(zhì)的影響。用月巖來尋找暗物質(zhì)也許是更好的選擇，它的年齡足夠大，很有可能遭遇過多次暗物質(zhì)的撞擊;而且在月球上也幾乎沒有受到地質(zhì)活動和人類活動的影響，暗物質(zhì)存在的痕跡（如果有的話）更容易長久保留。

宇宙中還存在著許多未解之謎，而月球“日記”很可能幫助我們解開其中的某些重大謎團。進軍月球，方興未艾。

（張甫卿摘自《科學之謎》2021年第9期）

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