忒伊亞星殘餘物在月球深處?新研究發現月球氧同位素差異

作者 | 發布日期 2020 年 03 月 10 日 16:01 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 Telegram share ! follow us in feedly


有關月球的由來眾說紛紜,當今主流理論傾向「大碰撞說」,只是有些細節還模糊不清。現在,一篇新研究分析來自月球深層的樣品,表明地球和月球具有明顯不同的氧同位素組成,將大力支持碰撞假說。

根據大碰撞說(giant-impact hypothesis),約 45 億年前,有一顆名為忒伊亞(Theia)的行星與地球正面碰撞,四散的碎片在地球周圍吸積形成了早期月球,而忒伊亞的內核和地球的內核後來融合為一體,也因此地球的地核比例與其他行星相比顯得稍大。

假如這項理論正確,那麼月球組成成分照理說應該與地球不同,因為前者大部分物質來自另一個天體。然而過去各種分析結果都表明,月球的各種元素同位素特徵如:鈦、鎢、鉻、銣、鉀等都與地球相同,這完全有悖大碰撞說的預期。

少數不同之處在於,月球的鐵含量不多,而產生水所需的輕元素(如氫)也較少,大碰撞說對此解釋,鐵因為是重元素所以大多留在地球上,而較輕的元素被碰撞產生的熱量蒸發,故月球的氫較少,電腦模型按照大碰撞說模擬結果表明,月球應該有 80% 都要由忒伊亞的物質組成。

那為何月亮卻那麼像地球?

一種解釋說忒伊亞星和早期地球具有類似成分,但這種說法說服力不足,因為太陽系中每個行星體都有自己獨特的成分,以反應出各自與太陽的距離;另一種說法則認為,忒伊亞和地球的混合過程可能比想像中還要劇烈,然而這種碰撞威力也要更大,說不過去。

發現氧同位素差異

所幸,由新墨西哥大學天文學家 Erick Cano 領導的團隊,現在終於要解開月球與地球可疑相似的謎題。

團隊分析了來自月球更深層的樣本,驚喜發現其中出現明顯差異:氧同位素(同一元素原子核中的中子數不同)比地球還要輕!我們過去在月表獲得的樣本,其氧同位素與地球的一樣,但來自月球深層的氧同位素卻不同,可以說明忒伊亞撞擊的殘餘物還遺留在月球地函中、尚未完全被消化。

由於重力作用,更重的同位素會更靠近太陽方向,而與地球相比,忒伊亞這顆天體形成的地球距離太陽比太陽還要遠,因此必然擁有更輕的氧同位素,現在團隊在月球深層發現更輕的氧同位素,圓滿了大碰撞理論的一大缺口。

如今科學家對月球組成的研究仍受限於當初阿波羅計畫帶回的樣本有限,等未來更多月球車登陸月球、挖掘更多更深處的岩石樣本並帶回地球,科學家終將理解我們衛星的起源。新論文發表在《自然-地球科學》期刊。

(首圖為示意圖,來源:NASA

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