月球起源：大碰撞假说发现关键新证据

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解释月球的起源，“大碰撞”假说无疑是目前最成熟的假说。不论是在动力学方面还是宇宙化学方面，大碰撞假说都能够比其他任何假说更好地说明问题。该假说认为45亿年前，一颗名为“忒伊亚”，大小与火星类似原行星相对温和地撞击了地球，撞击的结果是忒伊亚的铁核沉入了年轻地球的核心，其地幔也为地球的地幔所俘获，然而，有很大一部分忒伊亚与地球的地幔因为此次碰撞而被抛掷进入环绕地球的轨道，这些物质很快地合并，最终形成月球[1][2]。

“大碰撞”时刻的艺术想象图。图片：Dana Berry

根据大碰撞假说以及相关的模拟计算，月球应该主要是由忒伊亚的碎片组成的，因此应该继承了忒伊亚的化学组成，各元素稳定同位素之间的比例应该与忒伊亚一致，毕竟太阳系内各独立天体间的同位素比例都是不相同的。不过奇怪的是，根据之前的测量，月球氧元素的同位素比例与地球完全相同，这是大碰撞说最难解释的问题，毕竟忒伊亚与地球同位素比例完全相同的可能性非常小，概率不到1%[3]。

近日，一组由丹尼尔·赫尔瓦兹博士(Dr. Daniel Herwartz)带领的德国研究团队使用经改良的分析技术重新测量了月岩氧元素稳定同位素之间的比例，发现月球上17O的含量的确比地球上的更高，这项研究发表在今天的《科学》（Science）杂志上[4]。赫尔瓦兹博士表示：“二者之间的差别很小，但差别的确就在那里。这意味着两件事：首先，我们有理由相信大碰撞的确发生了；其次我们可以依此一窥忒伊亚的地质组成。”

研究团队分析了阿波罗号带回的玄武岩样本，测量了其中三种氧同位素的比例（分别是16O、17O与18O，这三种原子的核内都具有8个质子，但中子数分别为8、9与10），他们发现月岩的17O/16O比例比地球高出12±3 ppm。类似的是一类叫做“顽火辉石球粒陨石”（enstatite chondrite）或者“E型球粒陨石”的陨石，它们也具有较高的17O/16O比例，较地球高出51±6 ppm。

对此，赫尔瓦兹博士表示：“忒伊亚的成分可能与顽火辉石球粒陨石一致，如果这是真的，我们就可以推算出月球的地化特征以及同位素组成了，因为现在的月亮是由忒伊亚与早期地球的碎片组成的。下一步的目标是查出月球上到底有多少组分是来自忒伊亚的。”

大部分模型认为月球的70%到90%的成分由忒伊亚组成，但也有一些模型认为这个比例只有8%。新数据表明这个比例可能是在40%上下。

当然文章最后也提到，“后增薄层”假说也可以独立解释地月间的氧同位素比例的差别：如果地月原来组成成分相同的话，只要在地球表面物质中增加0.5%的碳质球粒陨石，就足以将地球表面的17O/16O拉低12 ppm。