月球擁有一切:爆炸,水,以及大遷徙理論的線索

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我們高曠的荒野 (圖片來源: T.A.Rector, I.P.Dell'Antonio/NOAO/AURA/NSF)

它只有24萬英里遠,但這片高曠的荒野仍然以有關太陽系起源、地球自身的水,甚至偶爾發生的絢麗爆炸的線索,不斷給我們帶來驚喜和愉悅。

如果您最近一直關注,您會注意到月球受到了很多媒體關注。其中一個原因是,對火山月岩、碳質球粒隕石和地球的同位素組成的新研究發現,三者之間的氫和氘(“重氫”)混合比例是一致的——這表明它們都共享大部分水的共同來源。

在過去幾年之前,月球科學傾向於認為月球非常乾燥——不是指它缺少巨大的含水層或地下湖泊——而是指月球的礦物成分幾乎不包含任何嵌入其中的水痕跡。

這種情況已經改變。月球並沒有被水淹沒,但它確實含有與礦物結合的水,含量從十億分之幾到百萬分之幾不等。這非常有趣,但也有些難以理解。部分原因是目前關於月球如何形成的圖景涉及到大約46億年前原地球和另一個胚胎行星物體之間的一次巨大撞擊。在這種情景中,月球只是由那次撞擊的碎片重新凝聚而成,在碰撞後從地球周圍的碎片盤中形成。

砰、嘎吱,隨便你怎麼形容,這是一次劇烈的事件 (圖片來源: NASA)

這種碰撞的能量可能導致當時周圍的任何水分流失——字面上是將其煮沸到太空並分解分子。這導致了一種情況,地球的水最終在數億年後才由來自太陽系更遠處的入射物質“輸送”而來。但是,這種機制不可能將水注入月球的深層內部,因為一旦冷卻,其岩石圈就像一層厚厚的密封劑。

因此,這些關於月球水、地球水以及最原始和古老的隕石岩石之間共同同位素指紋的新測量結果表明,情況並非如此。地球可能已經擁有了所有的水,並且在兩個天體從軌道碎片中出現時,簡單地與月球分享了這些水——即使在碰撞和再凝聚的極端高溫下也是如此。還有一種可能是,月球內部的大部分物質相對完好無損地保留了其胚胎祖體的遺留物,並保持了完整的水特徵。

同位素還表明,所有水可能起源於哪裡——大量的攜水碳質球粒隕石。但是,這些原始岩石在46億多年前的太陽系內部有什麼作用呢?這才是更有趣的地方。

在過去幾年中,出現了一個相當大膽的理論,試圖理清地球行星和巨行星在早期階段的演化——遠在40億年前,以及地球最終形成前的2000萬至8000萬年前。

這被稱為“大遷徙”理論。它有點複雜,但本質上,研究人員詢問了巨行星,特別是木星,在非常非常年輕的太陽系中可能表現如何。這些巨大的天體應該在較小的地球行星之前形成,吸走大量的原始氣體來形成它們巨大的大氣層。他們發現了合理的論據表明,木星在與其它巨行星以及原行星盤中塵埃、岩石和剩餘氣體的混亂物質相互作用時,可能將其軌道向內遷移到驚人的1.5個天文單位——僅比地球今天離太陽遠50%。

然後,由於與土星的引力相互作用,木星將逆轉方向(“遷徙”)並向外遷移。一個後果將是大量寒冷、富水、碳質球粒隕石軌道的不穩定。這些天體的範圍將從我們現在的小行星帶的距離延伸到年輕太陽系中更遠的地方——到達今天巨行星所在的位置。其中一些受擾動的塊狀物將被拋向內側,與仍在形成的原地球相交併撞擊,併為其提供非常特殊的同位素水特徵。

這是發人深省的內容。如果這是真的,那就意味著我們的太陽系實際上與系外行星系統有更多的共同之處,而不是我們之前認為的那樣——在那些地方,巨行星似乎隨意地遷移它們的軌道。

它看起來可能不是很壯觀,但那是一塊岩石撞擊月球時爆炸的景象 (NASA)

今天,當月球與早期太陽系的碎片相遇時,它仍然可以提供一些即時的刺激。3月17日,一塊88磅重的岩石猛烈撞擊月球表面,產生了一次爆炸閃光,其亮度是過去8年記錄的300次月球撞擊事件中的任何一次的十倍(除了偶爾的人造航天器撞擊)。美國宇航局的一個自動化望遠鏡捕捉到了這一幕,該望遠鏡一直在監測月球表面,以尋找這樣的時刻。

這顆流星體可能大約一英尺寬,以每小時約56,000英里的速度移動,爆炸能量約為5噸TNT當量,不算巨大,但足以像閃光燈一樣閃爍。事實上,它足夠明亮,以至於任何恰好在那一瞬間凝視月球的人都可能用肉眼看到它。

這次事件恰逢地球北部天空出現大量流星,這表明我們也正處在穿過地月系統的物質團塊的路徑上。這再次提醒我們,行星形成和演化的過程仍在進行中,即使比45億年前要溫和一些!

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