@ 2012.10.20 , 18:04

新研究证实月球诞生于“大碰撞”

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很长时间以来,科学家们一直都认为在我们地月系中的月亮,是在一次大撞击中诞生的——一次大规模的行星碰撞,通常被我们称做“双月碰撞说”或者“大碰撞说”(“The Big Splat”)。在最新一期《自然》杂志上,有这样一篇研究报告证实了月球的诞生是由“大碰撞”形成的。而之后,今天的《科学》杂志上所刊载的两个研究又将这个才被证实的假设进行了深入的分析——结果,月球的起源可能比我们所想象的都要神秘和怪异。

  • 一切都始于一次碰撞
  • “大碰撞”的故事是这样的:46亿年前,一个有火星大小的物体不知道从哪里被喷射出来,直接轰到了地球上,将大量来自地球表面的残片都撞进了地球轨道。随着时间的过去,轨道内飘荡的残骸渐渐形成了碟状物,并且吸引了更多质量较小的残片,最终,这团碟状物形成了今天我们看见的月亮。

    “大碰撞”假说在过去几十年里一直都比较被认可,这其中的一部分原因就是科学家们掌握的关键证据。月球岩石中普遍缺乏一些元素,比如钠,钾,锌和铅。上述元素都是挥发性元素,很容易蒸发,特别在高温岩石中,这些元素极易蒸发并迅速消散。这些元素的缺乏与大碰撞假说的时间线也能对上。

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    概念图,作者 Ron Miller

    不过有一个一直没有解决的问题困扰着科学界。科学家们在研究月球岩石希望能在岩石中发现“同位素分馏”(由于同位素质量不同,在物理,化学,生物化学过程中,一种元素的不同同位素在两种或两种以上物质之间的分配具有不同的同位素比值的现象。)轻的同位素相比较下更快进入蒸汽相(vapor phase),所以如果大碰撞真的发生过,应该会在月球上留下更多的重元素同位素。但是当研究人员们探测月球样本时,他们并没有发现同位素分馏的迹象。

    最终,在今天的《自然》上,小行星科学家向科学界呈现了大家期待已久的证据——在过去若干个阿波罗号所采集的月球岩石中确实富含较多的重锌同位素。“这是非常令人兴奋的发现,”加州大学圣迭戈分校的地球化学家(geochemist)以及研究报告的另一作者 James Day 告诉 iO9 的编鸡说。

    “如何才能让一个物体上的易挥发性物质消失呢?当然在这个例子里,物体指的是月球”Day 自问道。然后他回到了这个问题:“那必须得有一种全[月]球性的大规模融化才能为锌的挥发提供足够的热量。这也就证明那场灾难性的大碰撞真的发生过。”

  • “大碰撞”有多大?
  • 上述内容充其量也只是证明大碰撞确实发生过,不过到底是怎样发生的我们还不知道。的确,月球的诞生看起来真的很像是两个物体相撞后所形成的,不过今天的《科学》中出现了两种关于这个假说的不同说法。

    其中的第一个研究,由小行星科学家 Robin Canup 进行。这项研究主张,在大碰撞假说中,撞击地球的物体并不是之前所建模型中“火星大小”的物体,这个物体应该给火星要大很多。

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    “火星的质量仅为地球的十分之一左右”Canup 告诉 iO9 说,“我所建的模型里,相撞的应该是两个大小质量近似的物体。”

    在 Canup 的模拟中,撞击物和被撞击目标的质量大约都为现在地球的1/2。这两个物体最先相遇的方式是一次低速撞击,但是在首次撞击的27小时之后,[由于引力作用]两个物体的轨道被合并到了一起,最后融合成了一个地球质量大小的实体,这个实体被一些撞击产生的碎片所围绕,这些碎片逐渐形成之前说过的碟状物,最终形成月球。

    本文译自 : iO9 ,由译者 keep_beating 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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