撞出月球的天体，竟是地球的邻居？

改变命运的撞击

在早期太阳系中，一个名为忒伊亚（Theia）的小型原行星与原地球发生了剧烈碰撞。这次的惊天撞击改变了地球的大小、组成和轨道。更重要的是，碰撞所产生的碎片最终形成了月球，而忒伊亚的物质也混入了月球与地球本身。

然而，忒伊亚究竟有多大？它是由什么组成的？它又是从太阳系的哪一部分急速撞向地球的？这些问题至今没有确切的答案，因为忒伊亚已经在撞击中被完全摧毁。

现在，在一项于近期发表在《科学》杂志上的研究中，一个国际研究团队以前所未有的精度，测量了来自月球、地球以及陨石样品中的铁同位素比例，推断出了忒伊亚的可能“成分清单”，进而推断出忒伊亚可能形成于内太阳系，位置与地球相近，但可能更靠近太阳一些。

行星的逆向工程

众所周知，同位素是同一元素的不同版本，它们的区别在于原子核中的中子数不同。一些金属元素的同位素比例在行星科学中极具指示性。例如，在孕育了太阳和原行星盘的那片分子云中，这些金属元素的同位素比例就会随着与中心距离的变化而呈现差异。因此，当时仍在成长的那些行星体，是由不同区域的物质聚集而成的——这些物质因为距离太阳的远近不同，而拥有各自不同的同位素组成。如此一来，行星体的同位素组成就保存了其原始构成物的“来源信息”。

在这项新的研究中，研究团队总共分析了15块地球岩石，以及6份由阿波罗任务带回的月球样本。得出的结果并不意外：正如此前对铬、钙、钛和锆同位素比例的测量所显示的那样，地球与月球在这方面几乎没有区别。

然而，这种巨大的相似性并不能促使研究人员对忒伊亚做出任何直接的推论。因为存在太多可能的撞击情境。尽管多数模型认为，月球几乎完全是由忒伊亚的物质构成的，但也有可能月球主要由早期地球的地幔构成，又或者说地球与忒伊亚的岩石已经不可分地混合在了一起。

为了更深入了解忒伊亚，研究团队采用了一种“行星逆向工程”法。他们不依赖于模拟不同撞击场景的复杂计算模型，而是把重点放在地球和月球岩石的同位素组合上：研究团队根据现如今的地球与月球岩石相同的同位素比例，去反推忒伊亚需要有着怎样的大小与成分，以及早期地球需要有着怎样的成分，才能够产生这样的最终结果。

他们不仅分析了铁同位素，还分析了铬、钼和锆的同位素。这些不同元素揭示了行星形成过程中的不同阶段。

忒伊亚带来了什么？

但要如何区分哪些物质原本就存在于原地球，哪些是由忒伊亚带来的呢？

在与忒伊亚发生毁灭性相撞之前，原地球的内部已经经历过一种“分选”过程。随着铁核的形成，铁、钼等元素聚集到地核中；它们在后来的岩质地幔中几乎是缺席的。因此，在如今的地幔中发现的铁，只可能是在地核形成之后才到达的——例如，是由忒伊亚带来的。所以，这种无处不在、被人类用来制造工具、船只和桥梁的金属，很可能主要源自忒伊亚。

另一种元素锆则极具稳定性，几乎不会发生变化。它在地幔中存在的时间与地球本身一样久，而且不会沉入地核。因此，锆记录的不是某个时间段，而是地球形成的整个历史轨迹。

研究人员利用这些不同的“信息载体”，来计算忒伊亚的组成及其物质混合的比例，并进一步追溯了这些物质是形成于早期气体与尘埃盘中的哪一部分。研究结果显示，忒伊亚物质的同位素比例与地球明显不同——因此，它们“并非源自地球”，即便混入了今日地球的物质中，仍可被辨认出来。

陨石档案

不过，根据数学模型的推演，地球与忒伊亚在相撞前仍可能有多种不同的成分组合。但其中一些情景可信度并不高，因为它们与陨石分析所揭示的早期行星形成规律不相符。

落到地球上可供分析的那些陨石，其年龄与太阳系本身一样古老。它们能让我们得以窥见行星与其他天体形成的早期年代。因此，陨石可作为早地球与忒伊亚形成时可用物质的参考样本。根据不同的同位素比例，这些陨石被划分为不同的类别：有些来自行星形成盘的内侧区域，有些则来自外侧区域。

研究团队推断出的忒伊亚同位素比例，与地球已知构成材料都不匹配。通过与各类陨石对比，研究人员得出结论：忒伊亚必定来自早期的内太阳系，其形成位置甚至可能比地球当前轨道更靠近太阳。也就是说，地球和忒伊亚很可能原本就是“邻居”。

这项研究不仅让我们更加理解了忒伊亚与地球的起源，也让再次我们深刻地意识到早期太阳系的混乱与暴力。而破坏往往也孕育着创造：正是45亿年前的那场巨撞，塑造了如今的地球与月球。

#参考来源：

https://www.mpg.de/25743917/theia-and-earth-were-neighbors

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado0623MPS /

#图片来源：

封面图&首图：Mark A. Garlick