山东
IT之家 9 月 2 日消息，就像散落在泥土中的闪粉一样，月球表面也遍布着来自超新星爆炸的放射性残骸。
如今，科学家已经能够将月球尘土中混杂的超新星尘埃分离出来。这得益于一种全新的计算机模型。该模型让月球表面成为一座“时间胶囊”，帮助科学家了解太阳系在绕银河系运行并穿越太空的过程中，地球附近曾发生过哪些超新星爆炸。
恒星以超新星形式爆炸时，会向宇宙空间喷射大量碎片，其中一些是以极高速度运动的放射性同位素。这些放射性同位素中的一部分会进入太阳系，并最终落到包括地球和月球在内的各个行星和卫星上。科学家对地球深海沉积物中的放射性同位素进行研究，同时分析阿波罗任务带回的月球土壤样本 —— 科学家称其为“月壤”（regolith），发现超新星活动可能在 230 万年前和 730 万年前出现过两次明显的高峰。
“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够帮助我们探索地月附近区域漫长而浩瀚的历史，我认为这是一件非常美妙的事情。”夏威夷大学马诺阿分校行星科学家艾米丽 · 科斯特洛（Emily Costello）在一份声明中表示。
然而，由于侵蚀作用以及板块构造引发的俯冲过程，地球上绝大多数有关附近宇宙环境中超新星活动的记录都已经消失。目前，地球上可靠的相关记录只能追溯到大约 1000 万年前。
月球的情况却完全不同。由于月球没有大气层，因此不存在风吹雨打造成的侵蚀，也没有板块构造活动。因此，月球理论上应该保存着可以追溯至 8000 万至 1 亿年前、甚至更久远时期的超新星活动记录。
不过，虽然月球不存在地球式的侵蚀过程，但它仍然会经历行星科学家所说的“撞击搅拌”（impact gardening）。所谓撞击搅拌，是指从微小的微流星体到大型小行星等不同尺寸的天体不断撞击月球表面，使月壤反复翻动并彼此混合，其中也包括那些来自超新星的放射性残骸。
为了弄清这些物质究竟如何混合，并确定不同放射性同位素被搅拌到月壤中的多深位置，科斯特洛团队建立了一套数学模型，用于解码隐藏在月壤中的信息。
“要对撞击搅拌过程进行建模，我们必须在一个复杂的物理机制网络之间取得平衡，包括撞击压实、挖掘、放射性衰变以及空间风化。这些过程会在同一个连续模型中同时发生。”科斯特洛说。
“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。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。”
科斯特洛团队随后通过对比模型预测结果与地球深海沉积物和阿波罗任务采集的月壤样本数据，对模型进行了验证。他们重点比较了超新星放射性同位素在不同深度上的浓度分布。
“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。”科斯特洛说，“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。”
研究显示，该模型能够准确预测阿波罗任务带回的月壤样本中铁-60 的深度与浓度分布，同时也能够解释钚-244、碘-129、铪-182 和锔-247 等重元素。这些物质都曾随着时间推移逐渐被埋入月壤之中。
不过，真正重要的科学研究还要等到未来几年。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的月球样本并带回地球。
“未来从月球采集的这些样本，如果与我们的撞击搅拌模型结合起来分析，可能会揭示超新星历史中一个此前鲜为人知的篇章。”科斯特洛说，“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。”
IT之家注意到，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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