月球

紀(jì)曉

很久以前，太陽是什么樣的？銀河系又發(fā)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(yùn)用地層覆蓋、撞擊坑密度統(tǒng)計(jì)分析以及月巖同位素測年法等方法，科學(xué)家推測，月球的年齡有44億～46億歲。在這么漫長的歲月中，月球日夜暴露在太空環(huán)境中，長年累月地接受著來自太陽和銀河系的其他星體發(fā)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(zhì)發(fā)生反應(yīng)，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(fēng)（即太陽發(fā)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(dá)地球表面。這是因?yàn)榈厍蛏戏礁采w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(zhuǎn)向，地球兩極出現(xiàn)的炫彩極光，就是地球磁場與太陽風(fēng)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(jīng)存在磁場，但現(xiàn)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(fēng)可以直接到達(dá)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(xué)結(jié)構(gòu)，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(fā)射高能粒子，比如巨大恒星死亡時發(fā)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(fēng)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(fā)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(jì)事

1969年以來，美國阿波羅計(jì)劃相繼六次登月，蘇聯(lián)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(zhì)研究活動。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(xué)家們讀到了多少故事呢？

太陽系中目前發(fā)現(xiàn)了八大行星，其中火星有著與地球相似的地質(zhì)環(huán)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(jī)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(xué)家普拉巴·薩辛那帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)檢測了從月球帶回的巖石樣本，發(fā)現(xiàn)月球巖石跟地球上的相比有著不同的化學(xué)組分，月巖中的鉀和鈉等元素的含量明顯更少。科學(xué)家們認(rèn)為，這是因?yàn)樘栵L(fēng)將這些化學(xué)物質(zhì)從月球表面剝離，而地球的大氣層則減弱了太陽風(fēng)的影響。

同樣的事情還發(fā)生在太陽的“嬰兒期”。40億年前，當(dāng)太陽還是一個嬰兒的時候，它經(jīng)歷了強(qiáng)烈的輻射爆發(fā)，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(fā)化學(xué)反應(yīng)激發(fā)了地球上的生命萌芽，從此地球上出現(xiàn)了生命。可是，同樣的太陽風(fēng)卻刮走了其他星球的大氣層并奪走了星球本身的營養(yǎng)物質(zhì)，阻止了其他星球上的生命出現(xiàn)。之所以會出現(xiàn)這樣的區(qū)別，是因?yàn)榛鹦恰⒔鹦堑刃乔虼艌鋈酰髿猸h(huán)境更易被太陽風(fēng)破壞，而地球有磁場護(hù)體，太陽風(fēng)不但沒有損害地球的大氣層，反而促進(jìn)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(jīng)發(fā)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(dǎo)致小規(guī)模的生物滅絕事件。這些故事是科學(xué)家最近從月壤中讀到的。

過去，科學(xué)家認(rèn)為，只有在距離地球25光年的范圍內(nèi)發(fā)生的超新星爆炸，才能使地球受到足夠強(qiáng)的輻射，從而導(dǎo)致大規(guī)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(xù)發(fā)現(xiàn)的證據(jù)改變了這種想法。美國沃什伯恩大學(xué)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(jié)果發(fā)現(xiàn)它輻射出的高能粒子能量比太陽風(fēng)更強(qiáng)，能傳播幾百光年到達(dá)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(jīng)分析，這些物質(zhì)的年齡有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(fā)現(xiàn)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(fā)生的時間。

最終，研究小組計(jì)算出，大約在260萬年前，距離地球約300光年的地方發(fā)生過一次超新星爆炸。這次爆炸產(chǎn)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(guī)模較小的物種滅絕了，并且讓生物們發(fā)生了一些基因突變，從而可能引發(fā)了一次物種的多樣性進(jìn)化。

月球能提供的宇宙信息還不止如此。科學(xué)家曾提出過這樣一個想法，可以在古老巖石中尋找暗物質(zhì)存在的證據(jù)：當(dāng)暗物質(zhì)穿過巖石微粒時，它們會在某些礦物中留下?lián)p傷痕跡。為了減少地質(zhì)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(zhì)影響產(chǎn)生的，而僅僅是受暗物質(zhì)的影響。用月巖來尋找暗物質(zhì)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(zhì)的撞擊;而且在月球上也幾乎沒有受到地質(zhì)活動和人類活動的影響，暗物質(zhì)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(tuán)。進(jìn)軍月球，方興未艾。

（張甫卿摘自《科學(xué)之謎》2021年第9期）

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