月球——銀河系的“日記本”

紀曉

很久以前，太陽是怎么樣的？銀河系又發生了什么不得不說的故事？想知道這些秘密的話，來月球翻閱一下它記載的“日記”吧。

月球如何寫“日記”

運用地層覆蓋、撞擊坑密度統計分析以及月巖同位素測年法等方法，科學家推測，月球的年齡大約有44億～46億歲。在這么漫長的歲月中，月球日夜暴露在太空環境中，長年累月地接受著來自太陽和銀河系的其他星體發射的高能粒子輻射。這些粒子“灼傷”了月球，并與月球表面的其他物質發生反應，這就是月球記錄下的“宇宙日記”。

你可能會說，這些日記地球也有記錄，為什么我們不在地球上尋找“宇宙日記”呢？太陽風（即太陽發射的高能粒子）會吹遍整個太陽系，但是這些高能帶電粒子卻很少到達地球表面。這是因為地球上方覆蓋著一個磁層，它會改變這些帶電粒子的路徑，讓粒子在與地球相撞前轉向，地球兩極出現的炫彩極光，就是地球磁場與太陽風在相互作用。同時地球還有一個厚厚的大氣層，大氣層也會吸收這些粒子，因此高能粒子幾乎不能與地表相遇，也就談不上記錄“日記”了。

但是月球就不一樣了，盡管在它剛形成時的短暫時期可能曾經存在磁場，但現在基本已檢測不到月球磁場的存在了。而且，月球幾乎沒有大氣的存在，所以太陽風可以直接到達月球表面。每個小小的太陽粒子與月塵相撞后，都會在月塵上撕開一個微小的孔，甚至改變月塵的元素組成。因此，通過研究月塵的化學結構，我們可以看到太陽活動的記錄。

除了太陽外，銀河系的其他星體活動也會發射高能粒子，比如巨大恒星死亡時發生的超新星爆炸。這些活動釋放出的粒子通常具有比太陽風更大的能量，以至于能在月巖上留下“明顯”的傷痕，這些痕跡可以在顯微鏡下被觀察到。同時，宇宙射線還可以改變重鈣石的分子組成，使其發生核裂變。讀懂“月球日記”，我們就能了解更多宇宙秘史。

日記本中的太陽紀事

1969年以來，美國阿波羅計劃相繼六次登月，蘇聯月球1號三次登月，共取回380多千克月巖、卵石和月壤，開展了豐富的月球地質研究。2020年12月，中國嫦娥五號采集了月球樣品1731余克。從這些“日記”中，科學家們讀到了多少故事呢？

太陽系中目前發現了八大行星，其中火星有著與地球相似的地質環境，金星厚厚的大氣層中有適合生物生存的一些條件，但是在這些星球上至今都沒能找到生命活動的痕跡，而地球卻是生機盎然。這是為什么呢？

這個問題的答案就記載在月球“日記”中。美國宇航局的天體物理學家普拉巴·薩辛那帶領的團隊檢測了從月球帶回的巖石樣本，發現月球巖石跟地球上的相比有著不同的化學組分，月巖中的鉀和鈉等元素的含量明顯更少。科學家們認為，這是因為太陽風將這些化學物質從月球表面剝離，而地球的大氣層則減弱了太陽風的影響。

同樣的事情還發生在太陽的“嬰兒期”。40億年前，當太陽還是一個嬰兒的時候，它經歷了強烈的輻射爆發，向外噴射出灼熱的高能粒子。這些高能粒子來到地球上，通過引發化學反應激發了地球上的生命萌芽，從此地球上出現了生命。可是，同樣的太陽風卻刮走了其他星球的大氣層并奪走了星球本身的營養物質，阻止了其他星球上的生命出現。之所以會出現這樣的區別，是因為火星、金星等星球磁場弱，大氣環境更易被太陽風破壞，而地球有磁場護體，太陽風不但沒有損害地球的大氣層，反而促進了生命的誕生。

月球記載的銀河大事

在過去的900萬年里，距離地球約300光年的地方，曾經發生過多次超新星爆炸，這些事件不僅改變了地球的氣候，還曾導致小規模的生物滅絕事件。這些故事是科學家最近從月壤中讀到的。

過去，科學家認為，只有在距離地球25光年的范圍內發生的超新星爆炸，才能使地球受到足夠強的輻射，從而導致大規模的物種滅絕，而幾百光年之外的超新星爆炸則不足為懼，但近年陸續發現的證據改變了這種想法。美國沃什伯恩大學的一個研究小組觀察了一顆距離地球約325光年的超新星的爆炸事件，結果發現它輻射出的高能粒子能量比太陽風更強，能傳播幾百光年到達地球，甚至穿過地球磁場，對地球生物造成影響。

曾有研究小組從地球深海沉積物的樣本中檢測到大量的鐵-60，經分析，這些物質的年齡約有200萬～800萬歲，研究小組推測，這些鐵-60是超新星爆炸后落到地球上的。2016年，這個小組在月球土壤樣本中也檢測到了鐵-60，且這些鐵-60的年齡與地球深海沉積物中的一樣。此外，在月壤樣本中，研究人員還發現了鈣-41和錳-53等元素，這些元素提示了同樣的超新星爆炸發生的時間。

最終，研究小組計算出，大約在260萬年前，距離地球約300光年的地方發生過一次超新星爆炸。這次爆炸產生的粒子影響了地球云層，從而使地球變冷，還使地球上一些群體規模較小的物種滅絕了，并且讓生物們發生了一些基因突變，從而可能引發了一次物種的多樣性進化。

月球能提供的宇宙信息還不止如此。科學家曾提出過這樣一個想法，可以在古老巖石中尋找暗物質存在的證據：當暗物質穿過巖石微粒時，它們會在某些礦物中留下損傷痕跡。為了減少地質活動和人類活動的影響，他們在地球深處尋找古老的巖石，但是挖掘工作危險重重，而且還得花大量時間證明巖石中遺留的痕跡不是受中子、太陽中微子或其他物質影響產生的，而僅僅是受暗物質的影響。用月巖來尋找暗物質也許是更好的選擇，它的年齡足夠大，很有可能遭遇過多次暗物質的撞擊;而且在月球上也幾乎沒有受到地質活動和人類活動的影響，暗物質存在的痕跡（如果有的話）更容易長久保留。

宇宙中還存在著許多未解之謎，而月球“日記”很可能幫助我們解開其中的某些重大謎團。進軍月球，方興未艾。