作者:Hagai B. Perets 来源:《自然》 发布时间:2015/4/21 16:38:44
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科学家证实月球由大撞击形成
模拟显示或为地球与类似行星碰撞所致

月球很可能是在两颗构成类似的行星的碰撞下形成的。图片来源:Hagai Perets

关于月球形成主导理论最关键但却也是最令人头疼的一个问题看起来已经找到了答案。

于上世纪70年代首次被提出的所谓“大撞击”理论曾假设,一颗火星大小的行星在距今45亿年前猛烈撞击了早期的地球,而月球正是由这次大碰撞产生的碎片所形成的。

这一理论很好地切合了人们对于月球概况的了解,包括这颗卫星的质量及其缺乏一颗有效的铁核。

但是这一理论同时也意味着,月球大部分是由撞击地球的那颗行星所包含的物质构成的。

由于月球和地球的岩石具有类似的构成成分,因此这表明地球与撞击它的行星彼此之间也很相似。

这两颗行星有可能是一对姊妹星球,两者之间的关系比科学家已经研究的太阳系中任何其他行星的关系都要密切。

美国科罗拉多州博尔德市西南研究所行星研究人员Robin Canup表示,发生这一切的可能性被认为大约在1%左右,或者说“非常罕见”。

而海法市以色列理工学院天体物理学家Hagai Perets认为,如今这一场景看起来并没有那么牵强。

Perets和他的同事日前对太阳系的形成进行了模拟,旨在探究类似的行星如何能够发生巨大的碰撞。

研究人员的模拟结果显示,在20%到40%的碰撞事件中,两颗天体能够足够相似,从而也就很好地解释了月球的构成——这是一个相当好的概率。

研究人员在4月9日出版的《自然》杂志上报告了这一研究成果。

行星彼此间之所以会非常相似是因为它们与太阳具有相同的距离,这意味着它们是由环绕在相同轨道上运行的原行星物质构成的。

Perets表示:“地球和月球不是来自同一颗行星的双胞胎,但从某种意义上而言,它们是姐妹,它们在相同的环境中长大。”

大撞击理论由William Hartmann和Donald Davis在1975年提出。一颗质量是地球10倍的天体以适当的速度撞击地球时,可以产生足以形成月球的物质。

大撞击理论也可以解释“阿波罗计划”中的3个关键发现:月球的年龄、在形成初期温度很高的证据以及与地球的化学形成相似。在1984年于夏威夷科纳召开的一次会议上,科学家接受了该模型。

后来事情逐渐复杂起来。在阿波罗取得月岩的同时,研究人员开始研究陨石中不同化学同位素的比率。特别是陨石和太阳系其他部分中的氧-16、氧-17、氧-18的丰度大相径庭,于是科学家开始将同位素比率作为岩石起源的标记。然而,月球岩石的同位素比率与地球岩石的颇为相似。

1986年,新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的一个研究团队发表了对大撞击的首次计算机模拟,人们开始对大撞击理论产生质疑。该模型清楚地显示出,在经历足以产生月球的大撞击后,月球所含有的物质几乎全部来自于碰撞天体。

最近更多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运行的模型显示,标准的大撞击会使月球80%的材料都来自于碰撞天体。只有在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的研究结果,这样的话,原始地球和碰撞天体必须是在相似条件下形成的。

2007年,加州理工学院David Stevenson及其同事Kaveh Pahlevan发表了一篇论文。在研究中,他们对碰撞天体和地球如何在年轻的太阳周围形成进行了建模,发现即使地球与碰撞天体在相似的轨道上形成,其构成也会非常不同,从而形成不同的同位素比率。因此,一些科学家建议重新考虑整个大撞击理论。(来源:中国科学报 赵熙熙)

 
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