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新发现挑战月球形成主打理论 或为撞击形成

发布时间:2012年03月27日 16:02 | 进入复兴论坛 | 来源:中国科学报 | 手机看视频


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  钛同位素比例相似性有悖碰撞假设

  对月球岩石进行的一项化学分析或许将迫使科学家修正有关这颗卫星形成的主导理论,即它是在一颗火星大小的天体于大约45亿年前撞击早期地球时形成的。

  如果真是这样,月球应当承载着地球及其“第二位”母亲的化学信息。然而一项发表在3月25日出版的《自然—地球科学》杂志上的研究表明,月球的同位素构成反映的仅仅是地球的贡献。

  美国芝加哥大学的张军军(音译)和她的同事利用一台质谱仪,对阿波罗计划在上世纪70年代采集的月岩中的钛-50及钛-47的元素丰度进行了迄今为止最为精确的测量。研究人员报告说,这两种同位素在月球上的比例与在地幔中发现的同位素比例是相同的,都在约4ppm(百万分之一)以内。

  张军军指出,这给月球形成的模型提出了一道难题,因为与幼年地球相撞的任何火星大小的天体据信都应该有不同的化学构成。对陨石的研究表明,这些天体具有的同位素钛丰度能够偏离地球值达600ppm。并且因为模拟显示,第二颗天体对月球体积的贡献超过了40%,因此后者的同位素比例不应如此密切地反映地球上的比例。

  张军军与同事的化学分析并非是对碰撞理论的首个挑战。研究人员早就知道月岩中的氧同位素比例与地幔具有类似的特征。但由于氧很容易在碰撞中蒸发,并且很容易在地球,以及由碰撞产生并最终融合成为月球的蒸气云和岩浆之间交换,从而使得这两个天体都能够达到类似的同位素丰度。然而张军军指出,钛并不容易蒸发,并且如果两个天体想要达到相同的同位素比例则更是难上加难。

  张军军表示,还有其他关于月球形成的模型值得思考,例如分裂假说,即由于地球的离心力当时可能大于引力,因此造成月球是在地幔形成早期被抛出来的。

  但美国科罗拉多州博尔德市西南研究所的行星科学家Robin Canup强调,尽管碰撞模型可能需要修正,可它还不能被放弃。她曾模拟地球与一颗质量大约是火星两倍的原行星——比之前的假设要重——的碰撞过程。结果表明,一颗更重的天体将完全改变地球最初的同位素构成,从而导致一颗新生的月球以及进化后的地球比之前的模拟具有更多的相似性。

  张军军也承认碰撞模型还有它的可能性。如果新生月球的冷却速度比之前的预想还要慢,则将有足够的时间使钛同位素在蒸发云、岩浆和地球之间发生交换。在最近完成的关于月球在碰撞后的形成过程的模拟中,Canup和她的同事Julien Salmon便找到了一个形成时间更久的证据。他们在3月22日于美国得克萨斯州伍德兰德斯市召开的月球与行星科学会议上报告了这一发现。

  张军军说:“我们的研究并不能提供有关月球起源的一个确定的答案。我们希望传递的信息是地球与月球之间的同位素同质性是地月系统演化的一个基本的新约束。”