科学家通过研究阿波罗17号带回的月岩，利用钛元素的电荷变化揭示了38亿年前月球内部的低氧环境，为理解地月起源提供了新线索。
虽然今天的地球和月球看起来天差地别，但它们在宇宙中的起源其实非常相似。科学界的一种主流观点认为，早期的地球曾被一个火星大小的天体撞击，撞出的碎片最终汇聚成了月球。
然而，与地球不同的是，月球没有板块运动，也没有能重塑地表或循环氧气等元素的大气层。这意味着月球就像一个保存完好的时间胶囊，记录了形成之初的各种地质状况，也为我们理解今天的地球提供了参考。在2026年3月的Nature Communications上，一组由物理学家和地球科学家组成的团队发表了他们的最新研究，对象是那块距今约38亿年的月球岩石。
研究团队将目光锁定在了一种名为钛铁矿的矿物上。钛铁矿由铁、钛和氧组成，存在于古老的月球岩浆结晶而成的岩石中。通过先进的电子显微镜技术，研究人员仔细观察了这些钛铁矿中钛元素的化学特征。
在正常的化学成键过程中，一个钛原子在与氧结合时通常会失去4个电子，从而带上4个正电荷。但在这块由阿波罗17号任务采集回来的月岩样本中，研究人员发现约15%的钛原子只失去了3个电子。这种带有3个正电荷的形态被称为三价钛。
三价钛的出现非常有讲究，它只有在化学反应中氧含量较低的环境下才会产生。因此，三价钛在钛铁矿中的含量，实际上反映了38亿年前月球内部形成这些岩石时氧气的相对匮乏程度。
虽然团队目前只深入研究了一块月岩，但通过分析已发表的研究数据，他们发现了500多例可能含有三价钛的月球钛铁矿记录。通过研究这些样本，科学家可以揭示月球在不同地点和不同时期化学成分的变化细节。
来自佐治亚理工学院的物理学研究生Advik D. Vira和麦卡莱斯特学院的地球科学助理教授Emily First指出，虽然之前的研究也曾提到过这种关联，但三价钛与含氧量之间的量化关系还需要更多的实验支持。
接下来，研究人员计划在实验室中模拟月球环境，观察岩浆中的氧含量到底如何影响三价钛的生成。这种方法不仅可以用来研究50多年前阿波罗计划带回的岩石，还能应用于未来的阿耳忒弥斯计划样本，以及2024年由中国嫦娥6号从月球背面采集回来的样本。
研究这些岩石对我们来说至关重要。月球不仅保存了它自己的历史，还可能隐藏着关于地球最早岁月的线索，而那些线索在活跃的地球地质运动中早已消磨殆尽。
本文译自 sciencealert，由 BALI 编辑发布。
