對月球巖石進行的一項化學(xué)分析或許將迫使科學(xué)家修正有關(guān)這顆衛(wèi)星形成的主導(dǎo)理論，即它是在一顆火星大小的天體于大約45億年前撞擊早期地球時形成的。
如果真是這樣，月球應(yīng)當承載著地球及其“第二位”母親的化學(xué)信息。然而一項發(fā)表在3月25日出版的《自然—地球科學(xué)》雜志上的研究表明，月球的同位素構(gòu)成反映的僅僅是地球的貢獻。
美國芝加哥大學(xué)的張軍軍（音譯）和她的同事利用一臺質(zhì)譜儀，對阿波羅計劃在上世紀70年代采集的月巖中的鈦-50及鈦-47的元素豐度進行了迄今為止最為精確的測量。研究人員報告說，這兩種同位素在月球上的比例與在地幔中發(fā)現(xiàn)的同位素比例是相同的，都在約4ppm（百萬分之一）以內(nèi)。
張軍軍指出，這給月球形成的模型提出了一道難題，因為與幼年地球相撞的任何火星大小的天體據(jù)信都應(yīng)該有不同的化學(xué)構(gòu)成。對隕石的研究表明，這些天體具有的同位素鈦豐度能夠偏離地球值達600ppm。并且因為模擬顯示，第二顆天體對月球體積的貢獻超過了40%，因此后者的同位素比例不應(yīng)如此密切地反映地球上的比例。
張軍軍與同事的化學(xué)分析并非是對碰撞理論的首個挑戰(zhàn)。研究人員早就知道月巖中的氧同位素比例與地幔具有類似的特征。但由于氧很容易在碰撞中蒸發(fā)，并且很容易在地球，以及由碰撞產(chǎn)生并最終融合成為月球的蒸氣云和巖漿之間交換，從而使得這兩個天體都能夠達到類似的同位素豐度。然而張軍軍指出，鈦并不容易蒸發(fā)，并且如果兩個天體想要達到相同的同位素比例則更是難上加難。
張軍軍表示，還有其他關(guān)于月球形成的模型值得思考，例如分裂假說，即由于地球的離心力當時可能大于引力，因此造成月球是在地幔形成早期被拋出來的。
但美國科羅拉多州博爾德市西南研究所的行星科學(xué)家RobinCanup強調(diào)，盡管碰撞模型可能需要修正，可它還不能被放棄。她曾模擬地球與一顆質(zhì)量大約是火星兩倍的原行星——比之前的假設(shè)要重——的碰撞過程。結(jié)果表明，一顆更重的天體將完全改變地球最初的同位素構(gòu)成，從而導(dǎo)致一顆新生的月球以及進化后的地球比之前的模擬具有更多的相似性。
張軍軍也承認碰撞模型還有它的可能性。如果新生月球的冷卻速度比之前的預(yù)想還要慢，則將有足夠的時間使鈦同位素在蒸發(fā)云、巖漿和地球之間發(fā)生交換。在最近完成的關(guān)于月球在碰撞后的形成過程的模擬中，Canup和她的同事JulienSalmon便找到了一個形成時間更久的證據(jù)。他們在3月22日于美國得克薩斯州伍德蘭德斯市召開的月球與行星科學(xué)會議上報告了這一發(fā)現(xiàn)。
張軍軍說：“我們的研究并不能提供有關(guān)月球起源的一個確定的答案。我們希望傳遞的信息是地球與月球之間的同位素同質(zhì)性是地月系統(tǒng)演化的一個基本的新約束。”
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