世界首次原子弹爆炸实验验证月球形成理论

三位一体核试验场遗留的放射性玻璃与古老的月球岩石相似

这张剧照截取自高速录像,记录了三位一体核试验中原子弹火球产生瞬间。

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70多年前开启原子时代的爆炸,正在帮助科学家们更好地理解另一场戏剧性事件:月球的形成

1945年7月16日,美国陆军在位于新墨西哥州南部的三位一体试验场引爆了有史以来第一颗核弹。爆炸产生的极端高温将周围沙质土壤的表层融化成一种绿色的放射性玻璃,被称为“三位一体玻璃”,从地面零点向四面八方延伸约1,150英尺(350米)。

现在,一项新的研究表明,这种“三位一体玻璃”中水和其他“挥发性”化合物非常稀少,就像月球岩石一样。[月球是如何形成的:5个疯狂的月球理论]


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许多天文学家认为,月球是由一次巨大的撞击或一系列撞击,将物质从原地球和一个火星大小的天体(或多个天体)碰撞到太空后凝聚而成的,大约发生在45亿年前。理论预测,这样的撞击会产生巨大的热量,进而将挥发物从最终形成月球的岩石中驱赶出去。该研究的主要作者,加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所的詹姆斯·戴说,新的“三位一体玻璃”分析证实了这一观点。

戴告诉 Space.com:“这项研究基本上提供了经验性的、实验性的,如果你愿意这样说的话,证据——而这个实验就是三位一体核爆炸——来表明我们在月球上观察到的特征确实是由这些高温、挥发物损失的过程形成的。”

戴和他的同事研究了来自不同地点的“三位一体玻璃”碎片;一些碎片来自距地面零点33英尺(10米)以内的地方,另一些则是在距地面零点330英尺(100米)和490英尺到820英尺(150到250米)的地方收集的。三位一体试验场在1950年代初期因安全原因而被推平,因此研究人员无法亲自到现场收集材料。

戴说:“我必须做的是从我的同事那里获取样本。这花了我们一些时间,因为这些样本实际上非常稀少。”

然后,戴和他的团队测量了“三位一体玻璃”中各种锌同位素的丰度。(同位素是元素的变体,其原子核中包含不同数量的中子。)锌在这里地球上可能看起来不太挥发,但它会在极端温度下沸腾,例如在假定的月球形成撞击中经历的温度,戴说。

戴说:“它是更易挥发的元素(例如氯或水等化合物)的极佳替代品。如果锌消失了,那么水也会消失。”

研究人员发现,位置更靠近地面零点,温度更高的“三位一体玻璃”比来自更远地方的样本含有更少的锌。此外,研究人员表示,剩余的锌主要由不易蒸发的重同位素组成。

总体而言,戴说,这项新研究“让我们有信心以正确的方式解释来自这些月球岩石的数据”,他指的是阿波罗宇航员带回地球的月球样本。“它表明你需要特殊情况才能产生这些特征,而我们在所有月球样本中都看到了这些挥发物损失特征,这非常重要。”

他还表示希望,人们可以从这项研究的“铸剑为犁”的意义中获得一些启发,该研究于今天(2月8日)在线发表在期刊《科学进展》上。

戴说:“一场改变人类历史的事件,核爆炸,可以用于某些科学益处——我认为这里面有一些重要的教训值得吸取。”

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Mike Wall has been writing for Space.com since 2010. His book about the search for alien life, “Out There,” was published on Nov. 13, 2018. Before becoming a science writer, Michael worked as a herpetologist and wildlife biologist. He has a Ph.D. in evolutionary biology from the University of Sydney, Australia, a bachelor’s degree from the University of Arizona, and a graduate certificate in science writing from the University of California, Santa Cruz.

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