新研究挑战月球起源说

简介：普遍认可的月球起源是忒伊亚撞击地球分离出月球，月球也被认为不存在易挥发的碳元素，但研究发现月球表面有碳离子，或能推翻撞击说。

　　概要：碳元素是一种易挥发元素，对星体的形成与进化有着很大影响，目前人们认为月球不存在气化碳元素。但科学家通过环月飞行器“辉夜”的观测发现月球正在喷发碳离子。喷发使得碳元素几乎遍布整个月球表面，分布量还因地理位置而不同。科学家估计碳离子喷发流量在每秒5万立方厘米，这比太阳风或者微流星体的可能供给量还要大。观测证明了整个月球遍布原发性的碳元素，这个结果支持月球含碳假说——即数十亿年前，在月球的形成和运动时期碳元素便埋藏于此。

　　月球也许是我们在天空中最为熟知的星体。它激发唤起了无数代人的想象，甚至挑起了美苏“太空竞赛”。但地球这颗唯一的自然卫星仍有许多未解之谜——比如它从何而来。

　　中苏太空竞赛。图：sutori

　　周三在《自然》杂志上发表的一项研究对传统的月球构成理论提出了挑战，驳斥了长久以来月球在太阳系中形成的理论。目前、理论认为月球不存在已气化的易挥发元素，比如碳元素，但科学家们在这项新研究中，于月球表面发现了碳离子的踪迹。这意味着气态碳原子早在45亿年前，月球形成时或形成不久后便存在了。因此，这项新发现将对目前月球形成理论带来巨大冲击。

　　我们仰望月球数百年，仍无法解释它如何形成。图片：NASA

　　多年来，科学家认为月球在45亿年前，于年幼期太阳系的早期混沌中诞生。被广泛认同的“大冲击”理论认为，地球形成最初地壳后（即“原始地球”）跟一个火星大小的星体发生碰撞，大碰撞中飞出的残骸汇集到环地轨道，月球便是由这次大碰撞所喷出的物质形成。 “大冲击”假说在阿波罗登月计划后得到进一步确立。

　　月球起源理论：大冲击。图：everythingselectric.com

　　阿波罗宇航员在登月后从月球表面带回了超过22公斤的岩石跟尘土，样本展示了地球跟月球某些惊人的一致性：它们有着几乎一致的化学及同位素成分。这表明月球跟地球确实有着共同的历史，或者说它们来自同一个母体。阿波罗样本的分析也说明：因为月球终极干燥，易挥发元素——比如碳元素，不可能存在于月球。

　　月球样本-来自实验室。图：NASA

　　但研究反驳了“干燥”月球的观点。为了推进讨论，研究团队使用了环月轨道上“辉夜”飞行器的观测结果。日本的“辉夜” 飞行器，或者称“月亮公主”，于2007年9月发射升空，执行第二个在环月轨道上观察月球的任务。它在环月轨道中花费了2年时间搜集月球地理变化跟起源数据。

　　日本“辉夜“飞行器，在它的两颗辅助卫星帮助下将调查月球的起源（图：JAXA）

　　通过“辉夜”的观测数据，研究人员建立起月球的“碳离子喷发地图“。估算的碳喷发量比当前供应量要大得多，比如太阳风、来自太阳的其他带电颗粒流，抑或富含气态物质的微流星体碰撞。这意味着碳供给不是来自月球以外，否则这些碳离子无法分布在整个月球表面。

　　直角坐标系下月球碳离子喷发分布图。坐标已经使用月球角坐标正则化；颜色表示喷流的强度；每个像素格大小=5°×5°。像素格内碳离子喷发平均值统计学残差（1标准差）为27%，是由碳离子观察值数目决定的。图片：《科学》

　　另外，研究还发现碳离子喷射的地区差异。月球最大的玄武岩平原比其他高地喷发更多碳元素，意味着这些碳元素来自月球数十亿年来的本地储存，而非月球外部。

　　月表最复杂的地理地图（左：近地表面，右：远地表面）。不同颜色代表不同月表特征，比如月球高地（深土黄色）以及熔岩坑（红紫色），图：GSFC/NASA, USGS

　　捕获假说认为月球是颗宇宙中被地球重力捕获的流浪岩石，而吸积理论认为月球跟地球被同一块物质、在同一时间所创造。最新研究开始挑战来自阿波罗样本的发现，它将引发月球形成诸多假说的竞争。

　　月球起源假说：融合理论、捕获理论&吸积理论。图：Tufts Univ.

　　作者: inverse

　　FY: 汪小勉

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