北京
月球表面看似平静，实则像一层被反复翻动的沙土，里面混着来自遥远恒星爆炸的放射性尘埃。科学家最近开发出一套新模型，成功从月壤中分离出这些超新星残骸，让月球变成一座记录太阳系周边宇宙事件的“时间胶囊”。
恒星以超新星形式爆炸时，会向太空喷射大量碎片，其中包含高速运动的放射性同位素。这些物质一部分进入太阳系，最终落到地球和月球表面。科学家此前通过分析深海沉积物和阿波罗任务带回的月壤样本，发现超新星活动在230万年前和730万年前出现过两次明显高峰。
夏威夷大学马诺阿分校行星科学家艾米丽·科斯特洛（Emily Costello）在声明中表示：“如果我们掌握了解读星尘的方法，那么过去恒星留下的残骸就能帮助我们探索地月附近区域漫长而浩瀚的历史，这是一件非常美妙的事情。”
地球记录缺失，月球却完整保存
地球上的超新星记录并不完整。侵蚀作用和板块构造引发的俯冲过程，让绝大多数古老痕迹消失殆尽，目前可靠记录只能追溯到约1000万年前。月球则完全不同——没有大气层，不存在风雨侵蚀，也没有板块活动，理论上可以保存8000万至1亿年前甚至更久远的超新星活动记录。
不过，月球并非完全静止。行星科学家称之为“撞击搅拌”（impact gardening）的过程持续发生：从微流星体到大型小行星，不同尺寸的天体不断撞击月面，使月壤反复翻动混合，超新星放射性残骸也随之被搅动、埋藏。
模型如何解码月壤中的星尘？
科斯特洛团队建立的数学模型，正是为了弄清这些物质如何混合，以及不同放射性同位素被搅拌到月壤中的深度。科斯特洛解释，建模需要在撞击压实、挖掘、放射性衰变和空间风化等多个物理机制之间取得平衡，这些过程会在同一个连续模型中同时发生。
“我们的数学模型将月球上的撞击搅拌视为两种力量之间的竞争：一种力量不断将土壤埋入地下，另一种力量则通过撞击将土壤重新挖掘出来。”科斯特洛说，“模型还考虑了恒星残骸的放射性衰变，并能够准确追踪周期性超新星爆发在何时、何地将新的星尘输送到月球。”
团队用模型预测结果与地球深海沉积物和阿波罗任务月壤样本数据进行对比验证，重点比较超新星放射性同位素在不同深度上的浓度分布。结果显示，模型能准确预测月壤样本中铁-60的深度与浓度分布，也能解释钚-244、碘-129、铪-182和锔-247等重元素的分布情况。
科斯特洛回忆：“当我第一次向同事展示模型结果时，他们对模型预测与实际测量结果之间高度吻合感到惊讶。这种经验观测结果与物理模型之间如此高的吻合度，既令人兴奋，也非常令人惊叹。”
真正的重头戏在阿耳忒弥斯计划之后
这项研究的价值将在未来几年进一步显现。届时，阿耳忒弥斯计划的宇航员将从月球表面更深处采集新样本带回地球。科斯特洛表示，未来样本与撞击搅拌模型结合分析，可能揭示超新星历史中此前鲜为人知的篇章。
“理解月壤混合过程背后的物理机制，可以确保未来宇航员带回更深处的月芯样本后，我们能够正确解读那些已经被打乱的层次，从而重建太阳系穿越银河系的历史。”科斯特洛说。
这项研究于8月14日发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。
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