美國科學家通過鋅同位素證明地球月球母女關係

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    月球，像一個秉性溫柔孝順的女兒，慢慢地改變了年輕的地球母親的火爆脾氣。40多億年來，在它們越來越和諧的相互圍繞旋轉運動中，地球成為太陽系中唯一適宜生命生存的天體。當人們不再把月球只當做神話的主角，就開始用科學的方式思考月球的起源。月球是地球穿越廣闊的宇宙捕獲的“養女”？或月球是40多億年前太空中進行的一場悲壯的大碰撞婚禮之後，由地球孕育而誕生的唯一的女兒？這樣的爭論持續了200多年……

    雖然目前這些假說，在這些方面都有不同程度的依據，但在地月成分與自轉速度的差異、同位素組成的相似性等方面，仍存在許多難以自圓其說的難點。
    ——歐陽自遠
    ■本報記者馬佳
    新證：證明月球生於大撞擊
    對於月球的起源，近40年來的主流思想認為，地球是受到另一火星大小的天體——忒伊亞撞擊，軌道中的撞擊碎片聚集形成了月球。10月18日，《自然》刊登了美國華盛頓大學（聖路易斯分校）行星科學家佛雷德里克·莫瓦尼埃博士（Frédéric Moynier）與他的團隊作出的最新研究結果，進一步證實了“大碰撞分裂說”。
    但讓​​科學家一直困惑的一個問題是，在早期的月球岩石分析實驗中發現，與地球岩石中的化學成分相比，月球岩石中鈉、鉀、鋅和鉛等揮發性元素含量非常少，而鈣、鋁、鈦和鈾等難熔元素則比較富集。既然月球來自地球，為何會有化學成分的這種差異，這成為撞擊說的重要漏洞。
    莫瓦尼埃從月球岩石樣本中分析鋅元素的同位素組成，發現月球岩石中鋅的重同位素的含量是地球岩石中鋅的重同位素的十倍。這個結果看上去讓人困惑，難道這不是反而更加證明了月球岩石與地球岩石的化學成分的不同？莫瓦尼埃在邮件中告诉《中国科学报》记者：“在大撞击后，巨大的能量将忒伊亚和大量的地球地幔物质熔化，产生无数的岩石碎片和蒸汽并围绕地球运动，固体的岩石碎片聚集组成目前我们所看到的月亮。”
    物质中的每一种元素都有多种变体，化学性质相同而质量大小不同，也就是同位素。大撞击导致岩石在汽化过程中，锌的轻同位素进入蒸汽中，被称为同位素分馏现象，然后在撞击碎片聚集成新的天体过程中，轻同位素跟随蒸汽逃逸，重同位素则留在了新天体的岩石中。
    正是因为大撞击，地球被撞出的“基因”在巨大能量的作用下，化学成分也发生了巨大变化，导致挥发性元素的含量减少而难熔元素的含量比较富集。由于挥发性元素的同位素组成发生分馏，月球上的锌的重同位素含量就比地球的重同位素含量高了许多。也就证明了这种差异存在的合理性。
    科学家们一直想通过同位素分馏的方法，模拟撞击产生的这种后果，但一直不能成功，这也导致“大碰撞分裂说”在其产生的30多年中得不到同位素方面的证据突破。
    莫瓦尼埃带领的研究人员对20个月球岩石样本进行了分析，这些样本来自“阿波罗11号”“阿波罗12号”、“阿波罗15号”和“阿波罗17号”带回地球的月球岩石样本，它们来自月球的不同地点。莫瓦尼埃表示，他们选择的20个样本都是月球玄武岩，因为这种岩石来自于月球内部的岩浆，通过月球的火山活动喷发到月球表面，更能体现月球的成分。
    莫瓦尼埃告诉《中国科学报》记者，在实验中，之所以选择锌作为研究对象，因为锌是一种极易蒸发的金属。因而锌的同位素也就成为这一实验证据中的重要角色。
    假说：尚未终结的争论
    莫瓦尼埃的实验结论是否能终结关于月球起源的争论？莫瓦尼埃告诉《中国科学报》记者：“虽然我们在月球岩石中找到的化学证据，证实曾经有过大撞击的发生。但要想进一步了解月球的形成，目前的一些实验模型包括我们的实验结果都需要改进。在那次的大撞击中，不仅仅产生了现在的月球，同时也为地球的成长演化带来了许多的原材料，它们占到目前地球质量的1.2%。因此这次大撞击也是在地球形成过程中的一个重要事件。”中國科學院院士、中國探月工程領導小組高級顧問歐陽自遠告訴《中國科學報》記者：“月球的起源與演化是人類面臨的最基本的月球科學問題，也是月球探測的永恆主題和最終歸宿。月球的起源與演化研究將對回答太陽繫起源、地球與行星起源、生命起源等最基本的科學問題提供重要科學貢獻。”
    40多億年來，月球和地球共同經歷了漫長而荒古的年代。地球一直在關愛和呵護自己的獨生女兒月球，月球也一直在護衛地球的安全和增添地球的活力。月球被小天體撞擊得遍體鱗傷，使地球避免了許多小天體撞擊的傷害；月球在地球周圍運行，使地球的運行更加穩健；月球激起了洶湧澎湃的海洋潮汐，使地球增加了生命的活力；大撞擊使地球的自轉軸傾斜，地球表面才呈現出春夏秋冬四季的變化。
    關於月球這個女兒是怎樣來的，長期以來主要有捕獲說、共振潮汐分裂說和雙星說。近40年來，提出並被逐步完善的大碰撞分裂說獲得了越來越多的觀測與實驗證據的支持，得到了大多數科學家的認同。
    歐陽自遠介紹，捕獲說認為，地球與月球同屬於太陽星雲中獨立形成的天體，依據月球的平均密度和化學組成不同於地球的特徵，一部分人認為月球的形成不屬於形成地球的同一團星雲物質。由於地月軌道的變化，在1到10個地球半徑範圍內，月球就有可能被地球捕獲，之後由於地球的引力改變了月球原來的運行軌道，使月球最終成為地球的衛星。月球是地球在太陽系中“抓”來的“女兒”。
    共振潮汐分裂說認為，地球的初始呈熔融態，由於潮汐共振，在赤道面上一部分熔體被分裂，冷凝後形成月球。這一假說得到天文學家喬治·達爾文（進化論創立者，查爾斯·羅伯特·達爾文之子）的倡導，他認為現在的地球和月球的角動量加在一起，可以形成大約4小時為一周的自轉。如果地球與月球原來在一起，那麼原來的這個行星的自轉週期就應該是4小時，但由於太陽的潮汐引力作用，它的周期只有2小時，這與當時的地球自由擺動週期幾乎相當，這樣就會引起共振，從而導致熔融狀態的地球有一部分被分裂出去，地球上的太平洋是分裂之後留下的疤痕。雙星說則認為，在太陽星雲凝聚的過程中，在太陽星雲盤同一區域分別形成地球與月球，月球被地球捕獲形成地月系。但是，地球與月球化學組成與平均密度的極大差異、地月系的角動量和運行軌道等特徵，都是雙星說難以解釋的。
    歐陽自遠告訴《中國科學報》記者，月球的起源假說，必須符合目前探測與觀測所獲得的有關月球的事實：即月球、地球以及其他行星在太陽星雲中幾乎同時由星子聚集形成並很快地在大約1億到2億年內熔融、分異、調整；月球的總體成分與地球的平均成分差別很大；月球比地球和球粒隕石更富含難熔元素；月球更匱乏揮發性元素；月球的密度比地球的低、比地球缺水等等。
    他說：“雖然目前這些假說，在這些方面都有不同程度的依據，但在地月成分與自轉速度的差異、同位素組成的相似性等方面，仍存在許多難以自圓其說的難點。”

alanyeung888

Very interesting theory...Nevertheless the moon is very important to earth in history for mankind in all aspect..