月球拥有一切:爆炸,水,以及大迁徙理论的线索

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我们高旷的荒野 (图片来源: T.A.Rector, I.P.Dell'Antonio/NOAO/AURA/NSF)

它只有24万英里远,但这片高旷的荒野仍然以有关太阳系起源、地球自身的水,甚至偶尔发生的绚丽爆炸的线索,不断给我们带来惊喜和愉悦。

如果您最近一直关注,您会注意到月球受到了很多媒体关注。其中一个原因是,对火山月岩、碳质球粒陨石和地球的同位素组成的新研究发现,三者之间的氢和氘(“重氢”)混合比例是一致的——这表明它们都共享大部分水的共同来源。

在过去几年之前,月球科学倾向于认为月球非常干燥——不是指它缺少巨大的含水层或地下湖泊——而是指月球的矿物成分几乎不包含任何嵌入其中的水痕迹。

这种情况已经改变。月球并没有被水淹没,但它确实含有与矿物结合的水,含量从十亿分之几到百万分之几不等。这非常有趣,但也有些难以理解。部分原因是目前关于月球如何形成的图景涉及到大约46亿年前原地球和另一个胚胎行星物体之间的一次巨大撞击。在这种情景中,月球只是由那次撞击的碎片重新凝聚而成,在碰撞后从地球周围的碎片盘中形成。

砰、嘎吱,随便你怎么形容,这是一次剧烈的事件 (图片来源: NASA)

这种碰撞的能量可能导致当时周围的任何水分流失——字面上是将其煮沸到太空并分解分子。这导致了一种情况,地球的水最终在数亿年后才由来自太阳系更远处的入射物质“输送”而来。但是,这种机制不可能将水注入月球的深层内部,因为一旦冷却,其岩石圈就像一层厚厚的密封剂。

因此,这些关于月球水、地球水以及最原始和古老的陨石岩石之间共同同位素指纹的新测量结果表明,情况并非如此。地球可能已经拥有了所有的水,并且在两个天体从轨道碎片中出现时,简单地与月球分享了这些水——即使在碰撞和再凝聚的极端高温下也是如此。还有一种可能是,月球内部的大部分物质相对完好无损地保留了其胚胎祖体的遗留物,并保持了完整的水特征。

同位素还表明,所有水可能起源于哪里——大量的携水碳质球粒陨石。但是,这些原始岩石在46亿多年前的太阳系内部有什么作用呢?这才是更有趣的地方。

在过去几年中,出现了一个相当大胆的理论,试图理清地球行星和巨行星在早期阶段的演化——远在40亿年前,以及地球最终形成前的2000万至8000万年前。

这被称为“大迁徙”理论。它有点复杂,但本质上,研究人员询问了巨行星,特别是木星,在非常非常年轻的太阳系中可能表现如何。这些巨大的天体应该在较小的地球行星之前形成,吸走大量的原始气体来形成它们巨大的大气层。他们发现了合理的论据表明,木星在与其它巨行星以及原行星盘中尘埃、岩石和剩余气体的混乱物质相互作用时,可能将其轨道向内迁移到惊人的1.5个天文单位——仅比地球今天离太阳远50%。

然后,由于与土星的引力相互作用,木星将逆转方向(“迁徙”)并向外迁移。一个后果将是大量寒冷、富水、碳质球粒陨石轨道的不稳定。这些天体的范围将从我们现在的小行星带的距离延伸到年轻太阳系中更远的地方——到达今天巨行星所在的位置。其中一些受扰动的块状物将被抛向内侧,与仍在形成的原地球相交并撞击,并为其提供非常特殊的同位素水特征。

这是发人深省的内容。如果这是真的,那就意味着我们的太阳系实际上与系外行星系统有更多的共同之处,而不是我们之前认为的那样——在那些地方,巨行星似乎随意地迁移它们的轨道。

它看起来可能不是很壮观,但那是一块岩石撞击月球时爆炸的景象 (NASA)

今天,当月球与早期太阳系的碎片相遇时,它仍然可以提供一些实时的刺激。3月17日,一块88磅重的岩石猛烈撞击月球表面,产生了一次爆炸闪光,其亮度是过去8年记录的300次月球撞击事件中的任何一次的十倍(除了偶尔的人造航天器撞击)。美国宇航局的一个自动化望远镜捕捉到了这一幕,该望远镜一直在监测月球表面,以寻找这样的时刻。

这颗流星体可能大约一英尺宽,以每小时约56,000英里的速度移动,爆炸能量约为5吨TNT当量,不算巨大,但足以像闪光灯一样闪烁。事实上,它足够明亮,以至于任何恰好在那一瞬间凝视月球的人都可能用肉眼看到它。

这次事件恰逢地球北部天空出现大量流星,这表明我们也正处在穿过地月系统的物质团块的路径上。这再次提醒我们,行星形成和演化的过程仍在进行中,即使比45亿年前要温和一些!

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