主流月球形成學說遭置疑

呂吉爾/編譯

主流月球形成學說遭置疑

呂吉爾/編譯

● 1960～1970年代美國實施的“阿波羅”登月計劃，帶回了約380公斤的月巖石和土壤樣本，為研究月球提供了寶貴材料。然而，月球究竟是如何形成的，科學界仍然存在爭議。

有研究顯示，月球的鈦同位素比值比預期的更接近地球，這一結果對現行月球起源主流學說提出了挑戰。主流學說認為：月球是由一顆火星般大小的天體在大約45億年前撞上嬰兒期的地球時形成的。

根據碰撞形成說，誕生月球的“母體”是兩顆星球，即地球和另一顆叫做“忒伊亞”（Theia）的星球。如果真是如此，那么月球應該攜帶有地球和“第二”母體的化學印記。但一項發表的《地球科學》（《自然》雜志子刊）上的研究表明，月球的同位素構成只有來自地球的貢獻。

芝加哥大學的地球化學家張軍軍（音譯）及其同事，利用質譜儀對月巖石和土壤樣本中的鈦同位素（鈦-50和鈦47）比值進行了測量（選取鈦元素作為研究對象，是因為該元素非常耐高溫，即當遭受極端高溫環境時，其仍傾向于保持固態或熔融狀態，不會變成氣態逃逸）。結果顯示，兩種同位素的月球比值與地幔中的相同，都在約4 ppm（ppm=百萬分之一）以內。

芝加哥大學地球物理學家尼古拉斯·多普斯(Nicolas Dauphas)解釋說：“如果月球果真是由兩顆天體撞擊形成的話，就像人的遺傳一樣，它的構成中應當有來自兩顆星球的物質。但分析結果顯示，月球和地球地幔在化學成分上幾乎沒有差異，說明月球是一顆只有單一母體的后代。至少目前是這樣認為。”

對隕石的研究顯示，這類物體的鈦同位素比值與地球上的相差達600 ppm之多。而碰撞模型表明，第二天體貢獻了月球體積的40%之多，月球同位素比值不應該與地球上的比值如此接近。

張軍軍并不是對月球形成學說提出挑戰的第一人。科學家早就知道，月巖石中氧同位素比值具有與地球地幔同樣的印記。由于氧在碰撞中極易汽化，其可能與碰撞所產生的蒸汽巖漿融合而形成月球，從而使這兩顆星球擁有相同的同位素比值。但張軍軍指出，由于鈦元素難以被汽化，因此兩顆星球的同位素比值不太可能一樣。

美國西南研究所的行星科學家羅賓·坎普（Robin Canup）指出，“這就是為什么這不僅僅是地球與月球之間的另一個相似點”，而是一個值得認真對待的發現。對于張軍軍認為應該考慮包括分裂模型在內的其他模型時，坎普認為，碰撞模型可能需要修正，但沒必要廢棄。坎普構建了一個地球與一顆兩倍于火星質量的叛離行星之間的模型，即模擬一顆大質量的第二天體改變地球的同位素構成，或誕生一顆新的月球，以此推算出比以前模擬的更相似的地球。

在進行大碰撞月球形成模型中，坎普和同事找到了更長形成時間的證據，并于2012年3月在得克薩斯州伍德蘭德召開的 “月球和行星科學大會”上報告了他們的發現。

張軍軍指出：“我們無法給月球起源問題提供一個肯定的答案。我們希望傳遞的信息是，同位素同質化是研究地月系統演進時需要考慮的一個新的基本要素。”

[資料來源：Nature][責任編輯：則 鳴]