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关于月球形成的主要假设认为,数十亿年前的一次巨大撞击从地球上撞击出大量的行星物质,这些物质结合形成了我们的月球伴侣。
但是,这种结合并非一个平静的过程——形成的温度使得新生的月球覆盖着一片岩浆海洋,研究人员在1970年对阿波罗11号带回的样本进行研究后提出了这个理论。随着岩浆海洋冷却,其最具有浮力的成分漂浮到顶部,在较密集的岩石层之上形成了一个外壳。
现在,一项使用最近退役的“辉夜姬”号探测器收集的数据进行的月球地质调查,支持了岩浆海洋的假设,发现月球地壳的上层确实富含异常纯净的低密度岩石。日本宇宙航空研究开发机构的“辉夜姬”(原名“月球和工程探测器”(SELENE))的研究结果发表在本周的《自然》杂志上。(《大众科学》是自然出版集团的一部分。)
“辉夜姬”号轨道飞行器寻找的是钙长石,这是一种富含相对低密度矿物斜长石的岩石。该探测器的调查发现,在月球高地(构成月球地壳大部分的区域)的新鲜陨石坑和盆地中,钙长石不仅普遍存在,而且几乎完全纯净——也就是说,这种岩石几乎是100%的斜长石。该研究的作者推测,非常纯净的钙长石可能构成了月球地壳的全球性地层,从地表以下大约三公里到三十公里不等。
这种具有浮力的地壳岩石的普遍存在表明,它的形成过程在整个月球上都以相同的方式进行,例如岩浆海洋。“辉夜姬”的结果表明,钙长石的形成“确实是一个全球性的过程”,哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站的岩石学家约翰·隆吉说,他目前是杜克大学的访问学者,并没有参与这项研究。“用岩浆海洋以外的任何其他方式形成它似乎非常令人怀疑,即使我曾经提出过其中一个模型。这项研究似乎表明,真的没有其他方法。”
隆吉的评论意义重大,因为加州大学洛杉矶分校的地球化学家保罗·沃伦称隆吉为“我认为是与岩浆海洋相对立的主要竞争者的作者”。在那个模型中,富含斜长石的岩石是由于岩浆海洋已经结晶后重新加热而上升到上地壳的。其他一些理论则完全不需要岩浆海洋。
没有参与“辉夜姬”研究的沃伦说,新的钙长石研究“意味着你有一个非常有效的提纯该矿物的过程”。这种岩石的普遍性和纯度“很难与任何分步模型相调和,在这些模型中,事情是以零碎的方式发生的”,沃伦说。“所有这些都倾向于支持一个全球一致的过程,最容易用岩浆海洋模型来解释。”
隆吉和沃伦都对“辉夜姬”探测到的钙长石中斜长石的超高纯度表示怀疑,但他们认为,总体含义仍然是相关的。沃伦指出,通过对月球的遥感很难找到极其均匀的成分,因为月球土壤非常混杂,并且必然会在一定程度上污染任何给定的表面。“无论地壳深处可能出现什么极端成分,它们都注定会被沉积的土壤‘抑制’,”他说。
沃伦在谈到“辉夜姬”的论文时说:“我发现细节有点难以置信。”“但尽管如此,即使细节可能有点偏差,他们所获得的内容的重要性也非常重大。”