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科学家月球产生理论颠覆传统观点

发布日期:2017年08月07日   文章来源:新浪网   作者:

  据国外媒体报道,教科书中提及月球是形成于火星质量大小的星球碰撞地球时形成的,但是最新证据对该观点提出置疑,研究人员认为月球以新的方式诞生。

  置疑“忒伊亚星球理论”

  1973年12月13日,宇航员哈里森·施密特(Harrison Schmitt)在月球“宁静海”区域行走至一块岩石,当时,他向指挥官尤金·塞尔南(Eugene Cernan)汇报称,这块岩石拥有较小的滑动轨迹,一直延伸至山丘,这块岩石从山坡滚落留下了痕迹。随后他在这块岩石上采集了一些样本。

  施密特从这块岩石上凿取部分样本,之后他使用耙子刮掉岩石表面上的岩石粉末,凿取一块岩石样本将其命名为“橄长石76536”,它具有一定的历史研究意义。

  这块岩石及其它月球岩石样本,将揭晓月球是如何形成的,在过去的40年里,教科书和科学博物馆无数次地讲解了月球是如何形成的,普遍观点认为,月球形成于胚胎地球和类似火星的岩石星球之间的灾难性碰撞。这颗岩石星球被命名为“忒伊亚(Theia)”,其命名源自诞生“月之女神塞勒涅”的希腊女神忒伊亚。科学家猜测,忒伊亚星球猛烈撞击地球,撞击碰撞非常快,导致两颗星球同时融化,最终,忒伊亚星球的残骸冷却凝固,形成现今我们所看到的月球。

  但是近年来科学家对“橄长石76536”和其它月球、火星岩石样本进行测量,对“忒伊亚星球理论”提出了置疑。在过去5年时间里,一系列研究暴露出一个问题:“忒伊亚星球理论”作为权威性理论,这种巨大碰撞假说无法与相关证据相匹配。如果忒伊亚星球碰撞地球,之后形成月球,那么月球是由忒伊亚类型物质构成,但是月球并不像忒伊亚星球,也不像火星,就月球物质的原子结构而言,它几乎和地球完全一样。

  面对这一差异性,月球研究员寻求新的理论来理解月球是如何诞生的,最明显的解决方案也可能是最简单的,同时,最新理论也对理解早期太阳系提出了更多挑战:第一种可能是或许忒伊亚星球形成月球,但是忒伊亚星球物质几乎与地球物质相同;第二种可能是该碰撞过程彻底混合了任何事物,均质化全异团状物质和液体,就像使用面糊摊薄饼一样,这可能发生在一个非常高能量的碰撞过程,或者产生多颗卫星的系列碰撞,之后多颗卫星结合在一起;第三种解释将挑战我们对行星的认识,有可能现今的地球和月球经历了奇特的变形,疯狂的轨道变化显著改变了它们的旋转,并影响了它们未来演变。

  目前共有4种月球形成理论:大型碰撞;“索内斯蒂亚(Synestia)”;小卫星和双碰撞过程。

目前共有4种月球形成理论:大型碰撞;“索内斯蒂亚(Synestia)”;小卫星和双碰撞过程。

  

美国加州大学戴维斯分校行星科学家萨拉?斯图尔特和她的学生哈佛大学西蒙?洛克。

  四种方式形成月球

  当前月球形成主流理论遭到置疑,科学家们提出了其它月球形成观点,目前共有4种月球形成理论:大型碰撞;“索内斯蒂亚(Synestia)”;小卫星和双碰撞过程。

  大型碰撞理论形成于上世纪70年代,是指一颗叫做“忒伊亚”的火星大小岩石星球与年轻地球发生碰撞。此次碰撞形成盘状残骸,最终合并形成月球。近期研究发现了该理论的矛盾性:大型碰撞事件表明,月球应当是由类似忒伊亚星球物质构成,然而月球地质化学研究显示,月球是由类似地球的物质构成。

  “索内斯蒂亚(Synestia)理论”是指原始地球拥有充足能量,可以蒸发两个天体,形成一个叫做“索内斯蒂亚”的新宇宙天体结构,旋转的炽热残骸云彻底混合了忒伊亚和地球的物质,从而形成一个具有完全相同地质化学成分的地球-月球系统。

  小卫星理论显示,月球并非形成于一次大型撞击事件,每次月球大小碰撞体形成残骸盘,最终合并形成一颗小卫星。连续碰撞逐渐增加小卫星数量,所有小卫星最终结合形成月球。

  双碰撞过程可能是最简单的月球形成理论,该理论显示忒伊亚与年轻地球构成物质相同,这种可能性很大程度上挑战了我们对行星系统形成的认知。

  关于忒伊亚星球理论的坏消息

  为了理解地球最重要的日子发生何种变化,将有助于分析太阳系的早期阶段,45亿年前,太阳被炽热、环形残骸云包围,恒星形成元素盘绕在新生太阳周围,并逐渐冷却,历时万古时代,在一个我们无法理解理解的过程中,逐渐形成团状物质,形成微行星,之后逐渐形成体积较大的行星。这些岩石天体猛烈频繁碰撞,并且彼此汽化,这是一个难以形容残酷的“台球地狱”,地球和月球逐渐形成结构。

  为了形成当前的月球结构大小、旋转和远离地球的速度,我们最佳计算模型表明,任何与地球发生碰撞的天体,都应当具有火星体积大小。任何更大或者更小的天体将产生比我们看到更大的角动量,同时,一个更大的抛射运动将抛出更多的铁元素进入地球轨道,形成月球的铁含量比现今更多。

  之前对“橄长石76536”和其它月球岩石样本的地球化学分析进一步支持该理论,他们发现月球岩石可能源自月球岩浆海洋,这种环境仅形成于一次大型天体碰撞。橄长石可以漂浮在岩浆海洋之上,就像是冰山漂浮在南极洲海面。基于这些物理约束,科学家推测月球可能形成于忒伊亚星球残骸,但这过程存在一个问题。

  追溯至早期太阳系,当岩石星球碰撞和蒸发,它们的成分混合在一起,最终形成不同区域。越接近太阳,其表面温度越高,较轻元素很可能升温和逃逸,最终残留较重的同位素(具有额外中子的变种元素)。当逐渐远离太阳,岩石星球可以保持较多的水分,并保持较轻的同位素。正因为如此,科学家能够检测天体的混合同位素,从而鉴定分析太阳系从何而来,这就像带有一定口音的话语可透露出他的家乡所在地。

  这些差异非常显著,可用于分类行星和陨石类型,火星的化学成分完全不同于地球,例如:通过测量3种不同氧同位素比率,火星表面上的陨石可以很容易鉴别。2001年,瑞士研究人员使用先进质谱分析法重新测量了“橄长石76536”和其它30多个月球样本,他们发现这些样本的氧同位素与地球没有区别,此后,地球化学家研究了地球和月球上的钛、钨、铬、铷、钾和其它很难识别的金属元素,结果显示这两颗星球几乎完全相同。

  这对于忒伊亚星球理论是个坏消息,如果火星与地球、忒伊亚存在显著差异,那么月球也和火星差异较大,如果它们是相同的,则意味着月球一定是由地球的熔化部分形成,阿波罗任务采集的岩石样本与物理学所坚持原理存在直接冲突。

  美国加州大学戴维斯分校行星科学家萨拉·斯图尔特(Sarah Stewart)说:“这一‘规范模型’正处于危机之中,当前虽未被完全推翻,但是已遭到科学界的严重置疑。”

【责任编辑:齐越】

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