月球起源|新研究挑战月球起源说
简介：普遍认可的月球起源是忒伊亚撞击地球分离出月球 ， 月球也被认为不存在易挥发的碳元素 ， 但研究发现月球表面有碳离子 ， 或能推翻撞击说 。
概要：碳元素是一种易挥发元素 ， 对星体的形成与进化有着很大影响 ， 目前人们认为月球不存在气化碳元素 。 但科学家通过环月飞行器“辉夜”的观测发现月球正在喷发碳离子 。 喷发使得碳元素几乎遍布整个月球表面 ， 分布量还因地理位置而不同 。 科学家估计碳离子喷发流量在每秒5万立方厘米 ， 这比太阳风或者微流星体的可能供给量还要大 。 观测证明了整个月球遍布原发性的碳元素 ， 这个结果支持月球含碳假说——即数十亿年前 ， 在月球的形成和运动时期碳元素便埋藏于此 。
月球也许是我们在天空中最为熟知的星体 。 它激发唤起了无数代人的想象 ， 甚至挑起了美苏“太空竞赛” 。 但地球这颗唯一的自然卫星仍有许多未解之谜——比如它从何而来 。
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中苏太空竞赛 。 图：sutori
周三在《自然》杂志上发表的一项研究对传统的月球构成理论提出了挑战 ， 驳斥了长久以来月球在太阳系中形成的理论 。 目前、理论认为月球不存在已气化的易挥发元素 ， 比如碳元素 ， 但科学家们在这项新研究中 ， 于月球表面发现了碳离子的踪迹 。 这意味着气态碳原子早在45亿年前 ， 月球形成时或形成不久后便存在了 。 因此 ， 这项新发现将对目前月球形成理论带来巨大冲击 。
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【月球起源|新研究挑战月球起源说】我们仰望月球数百年 ， 仍无法解释它如何形成 。 图片：NASA
多年来 ， 科学家认为月球在45亿年前 ， 于年幼期太阳系的早期混沌中诞生 。 被广泛认同的“大冲击”理论认为 ， 地球形成最初地壳后（即“原始地球”）跟一个火星大小的星体发生碰撞 ， 大碰撞中飞出的残骸汇集到环地轨道 ， 月球便是由这次大碰撞所喷出的物质形成 。“大冲击”假说在阿波罗登月计划后得到进一步确立 。
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月球起源理论：大冲击 。 图：everythingselectric.com
阿波罗宇航员在登月后从月球表面带回了超过22公斤的岩石跟尘土 ， 样本展示了地球跟月球某些惊人的一致性：它们有着几乎一致的化学及同位素成分 。 这表明月球跟地球确实有着共同的历史 ， 或者说它们来自同一个母体 。 阿波罗样本的分析也说明：因为月球终极干燥 ， 易挥发元素——比如碳元素 ， 不可能存在于月球 。
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月球样本-来自实验室 。 图：NASA
但研究反驳了“干燥”月球的观点 。 为了推进讨论 ， 研究团队使用了环月轨道上“辉夜”飞行器的观测结果 。 日本的“辉夜” 飞行器 ， 或者称“月亮公主” ， 于2007年9月发射升空 ， 执行第二个在环月轨道上观察月球的任务 。 它在环月轨道中花费了2年时间搜集月球地理变化跟起源数据 。
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日本“辉夜“飞行器 ， 在它的两颗辅助卫星帮助下将调查月球的起源（图：JAXA）
通过“辉夜”的观测数据 ， 研究人员建立起月球的“碳离子喷发地图“ 。 估算的碳喷发量比当前供应量要大得多 ， 比如太阳风、来自太阳的其他带电颗粒流 ， 抑或富含气态物质的微流星体碰撞 。 这意味着碳供给不是来自月球以外 ， 否则这些碳离子无法分布在整个月球表面 。
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直角坐标系下月球碳离子喷发分布图 。 坐标已经使用月球角坐标正则化；颜色表示喷流的强度；每个像素格大小=5°×5° 。 像素格内碳离子喷发平均值统计学残差（1标准差）为27% ， 是由碳离子观察值数目决定的 。 图片：《科学》
另外 ， 研究还发现碳离子喷射的地区差异 。 月球最大的玄武岩平原比其他高地喷发更多碳元素 ， 意味着这些碳元素来自月球数十亿年来的本地储存 ， 而非月球外部 。
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月表最复杂的地理地图（左：近地表面 ， 右：远地表面） 。 不同颜色代表不同月表特征 ， 比如月球高地（深土黄色）以及熔岩坑（红紫色） ， 图：GSFC/NASA, USGS
捕获假说认为月球是颗宇宙中被地球重力捕获的流浪岩石 ， 而吸积理论认为月球跟地球被同一块物质、在同一时间所创造 。 最新研究开始挑战来自阿波罗样本的发现 ， 它将引发月球形成诸多假说的竞争 。
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月球起源假说：融合理论、捕获理论&吸积理论 。 图：Tufts Univ.
作者: inverse
FY: 汪小勉
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