碰撞学说遭重创 月球成因扑朔迷离

小行星对地球的撞击简要解释了地月系统的形成，但它不能解释月球的化学成分。

资料来源:FAHAD SULEHRIA

在众多对科学的贡献中，阿波罗太空计划给了地球物理学家一个关于月球起源的统一理论:在太阳系诞生数千万年后，一颗现在已经消失、大小与火星差不多的行星撞击了地球，留下了周围充满碎片的空间。地球自我修复，这些碎片停留在环绕地球的轨道上，逐渐增加形成月球。这种大撞击理论的形成部分来自于对1969年至1972年间宇航员带回的382公斤月球岩石的研究，这是行星科学的一次胜利。

然而，事实可能不那么简单。

在过去的10年里，越来越复杂的计算机模拟显示，该理论与地球化学家在太阳系其他地方发现的月球岩石和陨石不一致。

上个月，在伦敦皇家学会的一次会议上，专家们讨论了各种证据，但未能得出最终结论，从而形成了一个更大的僵局。

在阿波罗计划之前，行星科学家对月球的形成有各种各样的理论——例如，月球是由地球附近的灰尘和碎片积累起来的。然而，每种理论都有不可避免的缺陷。有些人无法解释月球的年龄，而另一些人则无法解释它围绕地球的角动量。

大冲击理论是由威廉·哈特曼和唐纳德·戴维斯于1975年提出的。起初，这个理论有点奇怪，但随着研究人员进一步研究，它似乎越来越可信。

早期的太阳系充满了可能撞击地球的小行星。当一个质量是地球10倍的天体以适当的速度撞击地球时，它能产生足够的物质来形成月球。

大撞击理论也可以解释阿波罗计划的三个关键发现:月球的年龄，形成早期高温的证据，以及与地球化学形成的相似性。1984年在夏威夷科纳举行的一次会议上，科学家们接受了这个模型。印第安纳州普渡大学的杰伊·梅洛什说:“这种模式在10年或20年内运行良好。”

然后事情变得复杂了。在阿波罗获得月球岩石的同时，研究人员开始研究陨石中不同化学同位素的比例。特别是，陨石和太阳系其他部分中氧-16、-17、-18的丰度非常不同，因此科学家开始使用同位素比率作为岩石起源的标志。

然而，月球岩石的同位素比率与地球岩石非常相似。"月球和地球的氧同位素比率几乎无法区分。"梅洛什说。其他元素的同位素也是如此。

1986年，新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的一个研究小组发表了第一个大撞击的计算机模拟，人们开始质疑大撞击的理论。这个模型非常粗糙——只有3000个粒子被用来模拟地球-月球系统，但是结果非常清楚。他们清楚地表明，月球上几乎所有的物质都是在经历了足以产生月球的巨大撞击后，来自碰撞的天体。

最近的模拟结果也是如此。2004年，科罗拉多州博尔德市西南研究所的罗宾·坎普运行了一个120，000个粒子的模型，该模型显示80%的月球物质将来自标准大碰撞中的碰撞天体。只有当原始地球和碰撞天体的成分非常相似时，这种不均匀的物质混合才能解释同位素研究的结果。这样，原始地球和碰撞的天体必须在相似的条件下形成。

2007年，加州理工学院的大卫·史提芬逊和他当时的同事卡韦·帕勒万发表的一篇论文打击了这个想法。在这项研究中，他们模拟了碰撞的天体和地球是如何围绕年轻的太阳形成的，并发现即使地球和碰撞的天体是在相似的轨道上形成的，它们的组成也会非常不同，从而形成不同的同位素比率。

“大冲击理论有严重的问题。它的原理不会产生我们看到的月亮。”史蒂文森在会上说。

一些科学家想重新考虑整个大撞击理论。去年，哈佛大学的马蒂亚·库克和莎拉·斯图尔特提出，碰撞的天体比想象的要小得多——只有地球质量的1/200——但是移动得更快，原始地球旋转得也很快。这个模型可以制造出几乎所有物质都来自地球地幔的月球。

不幸的是，在这个模型下，地球-月球系统产生的角动量是现在的两倍。然而，库克和斯图尔特也提出了解决这个问题的机制。

会上，许多研究人员抱怨事情变得如此复杂。在旧的大撞击模型中，一个简单的事件就能创造月球。然而，在新模型中，这种影响需要模拟许多后续过程。

梅洛什说:“这些解决方案并不顺利。我们想要这样的解决方案:同位素比率的相似性是模型的自然结果。”(张冬冬)

《中国科学新闻》(第三版国际，2013年10月17日)