月球發(fā)現(xiàn)地球巖石(月球巖石200億年)
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2023-04-30
?據(jù)外媒報(bào)道,最近,來(lái)自美國(guó)芝加哥大學(xué)的專(zhuān)家們對(duì)地球的衛(wèi)星——月球的表面進(jìn)行了研究。據(jù)報(bào)道,研究者們將巖石中鈦的同位素進(jìn)行了比較。根據(jù)研究顯示,在地球和月球上有同樣數(shù)量的鈦這種元素。
對(duì)此,學(xué)者們表示,可以得出一個(gè)結(jié)論,和月球一樣,地球應(yīng)該是在太陽(yáng)系誕生的過(guò)程中形成的,這對(duì)了解地球起源或有幫助。
有關(guān)于地球和月球的誕生一直以來(lái)都是一個(gè)謎,有關(guān)于這兩個(gè)星球的假說(shuō)也是不斷。不過(guò)目前科學(xué)家在月球上發(fā)現(xiàn)地球擁有的物質(zhì),似乎給一胎同胞論提供了新的證據(jù)。
目前學(xué)術(shù)界影響較大的“大爆炸宇宙論”是1927年由比利時(shí)數(shù)學(xué)家勒梅特提出的,他認(rèn)為最初宇宙的物質(zhì)集中在一個(gè)超原子的“宇宙蛋”里,在一次無(wú)與倫比的大爆炸中分裂成無(wú)數(shù)碎片,形成了今天的宇宙。 宏觀宇宙是相對(duì)無(wú)限延伸的。“大爆炸宇宙論”關(guān)于宇宙當(dāng)初僅僅是一個(gè)點(diǎn),而它周?chē)鷧s是一片空白,即將人類(lèi)至今還不能確定范圍也無(wú)法計(jì)算質(zhì)量的宇宙壓縮在一個(gè)極小空間內(nèi)的假設(shè)只是一種臆測(cè)。
[img]發(fā)現(xiàn)本不屬于月球的東西,科學(xué)家確認(rèn):40億年前就被送上了月球,真的嗎?最近關(guān)于月球的新聞,早已被嫦娥五號(hào)從月球帶回了1731克月壤給霸屏了,據(jù)最新披露的消息,從帶回的樣品中發(fā)現(xiàn)了“玻璃”(輝長(zhǎng)巖),似乎沒(méi)有一些爆炸性的發(fā)現(xiàn),已經(jīng)提不起大家的興趣了,畢竟大家的對(duì)于這些常規(guī)發(fā)現(xiàn),已經(jīng)審美疲勞了!
不過(guò)這里有一個(gè)40億年前的“舊聞”,大家一定非常有興趣,因?yàn)樵谠虑蛏习l(fā)現(xiàn)了一塊屬于地球的巖石,但接下來(lái)發(fā)生事情絕對(duì)讓人匪夷所思!
阿波羅14號(hào):宇航員從月球帶回一塊地球巖石!
阿波羅14號(hào)任務(wù)非常引人關(guān)注,其中之一就是歷經(jīng)最成功的的失敗阿波羅13號(hào)后第一次登陸月球,而另一個(gè)焦點(diǎn)則是NASA想頂著壓力將一位地質(zhì)學(xué)家送上了月球,但最終卻在阿波羅17號(hào)上成行了!
爆炸后的阿波羅13號(hào)服務(wù)艙
但阿波羅14號(hào)任務(wù)看起來(lái)平淡無(wú)奇,畢竟已經(jīng)有11和12號(hào)的成功登陸,連月巖也只帶回了42.8千克(阿波羅計(jì)劃6次成功登月總共帶回了382千克),連平均數(shù)量都沒(méi)到!這些默默無(wú)聞的月巖一直被存放在德克薩斯州休斯頓的約翰遜航天中心的“月球接收實(shí)驗(yàn)室”(LRL)內(nèi)。
在這里,月巖被分割、切片和破碎等工序后裝入包裝,編號(hào)、分文別類(lèi)存放在實(shí)驗(yàn)室內(nèi),默默地等待學(xué)者調(diào)用與研究,如果你在美國(guó)大學(xué)或者實(shí)驗(yàn)室工作,那么就可以申請(qǐng)一份月巖供研究。
發(fā)現(xiàn)地球巖石,它到底是怎么上去的?
2019年1月10日,一篇發(fā)表在《科學(xué)指引》(ScienceDirect)上的論文又讓大家想起了這個(gè)阿波羅14號(hào),因?yàn)榭茖W(xué)家稱(chēng),在1971年2月9日帶回的月巖中發(fā)現(xiàn)了一塊地球上的巖石!
一塊編號(hào)為14321的阿波羅月球角礫巖樣品,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這是月球上小行星撞擊后的噴出物,似乎很常見(jiàn),因?yàn)樵虑蛏系教幎际亲矒艨樱谄渲袇s夾雜著一塊由石英、長(zhǎng)石和鋯石構(gòu)成的礦物,這種礦物在月球上非常罕見(jiàn),但在地球上卻很常見(jiàn)!
而經(jīng)過(guò)分析表明,這些礦物大約形成于41億~40億年前的地球,大約在地表以下20千米處!地下的礦物居然還跑到了月球上?而更令人大跌眼鏡的是,展開(kāi)這項(xiàng)研究的倫敦帝國(guó)大學(xué)科學(xué)家認(rèn)為,40多億年前時(shí)地球遭遇了一次巨大的撞擊,其飛濺物達(dá)到了第二宇宙速度,得以從地球飛向月球!
同樣我們也有理由相信,在太陽(yáng)系的其他行星上,應(yīng)該也有可能存在來(lái)自地球的隕石!而之后的故事更加離奇,因?yàn)榭茖W(xué)家推測(cè)這塊地球巖石到達(dá)月球后被39億年前的一次隕石撞擊埋入了月球深處,但大約在2600萬(wàn)年前的再一次撞擊中又被翻了出來(lái),來(lái)到了月球表面!
月球上撞擊后的飛濺物
然后它又被阿波羅14號(hào)的兩名宇航員作為樣品帶回了地球,一次歷時(shí)達(dá)40億年的時(shí)空之旅,聽(tīng)上去似乎就在開(kāi)玩笑,但來(lái)自哥廷大學(xué)以及NASA,還有倫敦帝國(guó)大學(xué)和阿姆斯特丹大學(xué)以及澳大利亞國(guó)立大學(xué)的眾多科學(xué)家卻表示非常認(rèn)同!
不過(guò)要提醒一下的是,40多億年前的月球,距離地球大約只有14萬(wàn)千米,視角大約是1.4度,視面積要比現(xiàn)在大7.8倍,如此巨大一個(gè)月亮掛在天空,月光下看書(shū)都沒(méi)有問(wèn)題!
當(dāng)然這個(gè)理論要面臨的一個(gè)問(wèn)題是,這個(gè)故事曲折離奇,要太多的巧合才能形成,為什么不解釋是月球內(nèi)部形成的呢?畢竟月球就是從地球分離出去的,但如此一來(lái),卻要對(duì)遠(yuǎn)古月球形成過(guò)程理論大加修正,到底是哪個(gè)正確呢?
延伸閱讀:月球形成
月球的存在有幾個(gè)難以解釋的疑點(diǎn),首先月球是太陽(yáng)系中和母星比例最大的,直徑接近地球的1/4,火星、木星和土星的衛(wèi)星,盡管有的也很大,但按比例算就是小不點(diǎn)!所以月球的形成一直都難以解釋。
木星和它的衛(wèi)星們
一直到撞擊理論成熟后,月球的這種怪現(xiàn)象才勉強(qiáng)可以解釋?zhuān)@個(gè)理論認(rèn)為太陽(yáng)系最早形成地球時(shí),在地球軌道上還存在另一顆行星,但由于軌道速度差異,終于撞在一起,其巨大的撞擊分裂出了大量物質(zhì),又在地球的引力下回到地球,但更多的物質(zhì)卻是在圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)形逐漸形成了月球。
所以地球和月球物質(zhì)成分應(yīng)該是非常相似的,但這種形成理論有一個(gè)特征是,月球缺少鐵鎳質(zhì)內(nèi)核,因?yàn)樽矒舴蛛x的都是地球外層物質(zhì),鐵鎳質(zhì)內(nèi)核不會(huì)跑出來(lái)變成月球的內(nèi)核。另外據(jù)氧同位素分析也印證了月球和地球物質(zhì)同源的說(shuō)法!
因此月球撞擊形成理論才被科學(xué)界追捧,但要是這塊月巖不是來(lái)自地球,而是月球自身形成的,那么科學(xué)家又要頭痛了,畢竟將理論模型推翻也是科學(xué)家最喜歡干的事!
地球巖石的神奇故事:40億年前在月球上出現(xiàn),NASA宇航員帶它回家阿波羅14號(hào)宇宙飛船于1971年1月31日發(fā)射,它是人類(lèi)進(jìn)行的的第三次成功登月。當(dāng)阿波羅14號(hào)的宇航員從月球表面帶回巖石樣品的時(shí)候, 他們可能沒(méi)有意識(shí)到他們正在做一件十分有意義的事情。而且這塊巖石背后藏著很多神奇的故事,讓人感嘆宇宙事件的奇妙。
《地球與行星科學(xué)快報(bào)》周四刊登的一項(xiàng)研究表明,這塊“月球巖石”很可能是在40億年前的一次撞擊之后,從地球上飛離,然后與月球發(fā)生了碰撞。研究人員表示,當(dāng)時(shí)一顆大型彗星或小行星撞擊了地球,撞擊導(dǎo)致地球表面的巖石被送入大氣層然后進(jìn)入了太空。
這塊巖石之所以能與月球發(fā)生這種意外的碰撞,是因?yàn)榇蠹s40億前,月球距離地球只有現(xiàn)在距離的三分之一。現(xiàn)在這塊代表著地球早期 歷史 的巖石,40億年后它又與失散的地球母親團(tuán)聚了。
分析顯示從月球帶回的巖石中,含有石英,長(zhǎng)石和鋯石,它們?cè)诘厍蛏虾艹R?jiàn),但在月球上并不多見(jiàn)。對(duì)這塊巖石的分析表明,它是在與地球相關(guān)的溫度下形成的,并且是在與地球類(lèi)似的環(huán)境中與氧氣結(jié)合形成的。它在40億到41億年前結(jié)晶,那時(shí)地球還很年輕,大約形成于地表以下20公里的深處。
如果它是在月球上形成的,它應(yīng)該會(huì)表現(xiàn)出不同的溫度條件。研究人員認(rèn)為,這對(duì)月球樣本來(lái)說(shuō)極不尋常。這種巖石可能在月球深處的地幔中形成,但是科學(xué)家認(rèn)為如果是地幔中形成,應(yīng)該可以發(fā)現(xiàn)不同的巖石成分。
那么如果巖石形成于地球表面20公里深的地方,它怎么會(huì)經(jīng)歷漫長(zhǎng)的太空跋涉出現(xiàn)在月球上呢?
研究人員認(rèn)為,在巖石被彈射到太空之前,一個(gè)或多個(gè)撞擊地球表面的事件導(dǎo)致它從地球深處運(yùn)動(dòng)到了地球表面。在那個(gè)時(shí)候,地球可能正經(jīng)歷著數(shù)次小行星的撞擊,這些撞擊導(dǎo)致數(shù)百公里寬的隕石坑的形成。
巖石飛濺到月球后,來(lái)自地球的巖石和其他物質(zhì)發(fā)生了混合。新的分析顯示,它可能在39億年前受到了撞擊,甚至發(fā)生部分熔化,然后被埋在月球地表之下,進(jìn)而形成了一塊“新”的巖石。從本質(zhì)上講,它是太陽(yáng)系早期的一個(gè)時(shí)間膠囊。大約在2600萬(wàn)年前,一顆小行星撞擊了月球,形成了直徑3200米的錐形隕石坑。于是它又被拋回了月球表面。
48年前,也就是1971年1月31日至2月6日之間,神奇的事情發(fā)生了。當(dāng)阿波羅14號(hào)的宇航員在月球采集巖石時(shí),他們發(fā)現(xiàn)了它,并且認(rèn)為這是一個(gè)有機(jī)樣本,可以提供有關(guān)月球及其構(gòu)成的信息。于是它被幸運(yùn)地帶會(huì)了地球。月球科學(xué)與 探索 中心的首席研究員大衛(wèi)·克林相信,未來(lái)還會(huì)在月球上發(fā)現(xiàn)更多的來(lái)自地球的巖石。該中心是美國(guó)宇航局太陽(yáng)系 探索 研究虛擬研究所的一部分。
月球發(fā)現(xiàn)地球巖石是真的嗎20世紀(jì)60年代晚期 ~ 20世紀(jì)70年代早期,阿波羅號(hào)登月任務(wù)中帶回了多批次的月巖樣本。天文學(xué)家對(duì)這些月巖進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)月球表面的巖石與地球上古老的巖石的元素成分含量非常接近(這個(gè)結(jié)論已經(jīng)被很多研究成功確認(rèn));但是月球深處的巖石卻與地球巖石的差異明細(xì)。
這很有可能是月球成因“撞擊說(shuō)”的有力證據(jù)。撞擊成因說(shuō)也被稱(chēng)為“大碰撞分裂說(shuō)”,這一假說(shuō)認(rèn)為,地球早期受到一個(gè)火星大小的天體撞擊,撞擊碎片(即兩個(gè)天體的硅酸鹽幔的一部分)最終形成了月球。
撞擊成因說(shuō)認(rèn)為,在太陽(yáng)系形成早期,行星際空間有大量星云,星云經(jīng)過(guò)碰撞、吸積而逐漸增大。大約在相當(dāng)?shù)卦孪到y(tǒng)存在的空間范圍內(nèi),形成了一個(gè)質(zhì)量相當(dāng)于現(xiàn)在地球質(zhì)量9/10的“原地球”和另一個(gè)火星大小的天體“原月球”。這兩個(gè)天體在各自的演化過(guò)程中都形成了以鐵為主的金屬核和由硅酸鹽組成的幔和殼。由于這兩個(gè)天體相距不遠(yuǎn),因此有機(jī)會(huì)發(fā)生碰撞。劇烈的碰撞不僅使“原地球”的自轉(zhuǎn)產(chǎn)生了偏斜,而且使“原月球”碎裂,幔和殼變熱蒸發(fā),膨脹的氣體“裹挾”著塵埃和少量的幔物質(zhì)飛離原月球。被分離的金屬核因受膨脹氣體的阻礙而減速,被“原地球”吸積并變成了地球的一部分。飛離的氣體塵埃物質(zhì)受地球引力的作用,呈盤(pán)狀分布在洛希限以外的空間,它們通過(guò)吸積,先形成一些小天體,然后像滾雪球一樣不斷吸積增長(zhǎng),最終形成現(xiàn)在的月球。
地球上最古老巖石多少歲?竟是在月球找到的,是大碰撞產(chǎn)生的嗎?上文書(shū)我們講到了美國(guó)人在研究月球車(chē)。這輛月球車(chē)首先要輕,NASA 當(dāng)時(shí)給出的要求是 180 公斤,這個(gè)指標(biāo)實(shí)在是勉為其難,所以最后月球車(chē)造出來(lái)是 224 公斤。盡管如此,還是可以接受。電池選用了銀鋅電池,月球車(chē)是一次性的,電用光了就扔在月球上,不需要考慮充電。輪子為了減震,采用了鋼絲編織的輪胎,用了鈦合金做成了防滑條。
但是這個(gè)月球車(chē)攤開(kāi)了仍然有甲殼蟲(chóng)的底盤(pán)那么大。必須折疊才能安全地掛在登月艙的外面。首先是座位的靠背要放倒,車(chē)身分成 3 節(jié)來(lái)折疊。四個(gè)輪子也要內(nèi)八字對(duì)折,收起來(lái)以后,體積還是相當(dāng)?shù)木o湊。可以豎著吊掛到登月艙的梯子旁邊。
這輛車(chē)的中控臺(tái)沒(méi)有用方向盤(pán),這東西不好折疊。波音想把操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)成操縱桿,跟飛機(jī)是一樣的。而且打算把駕駛桿安排在側(cè)邊。不在中間。F16 戰(zhàn)斗機(jī)的駕駛桿就在側(cè)面,不在腿中間,空中客車(chē) A320 的駕駛桿也在側(cè)邊。但是后來(lái)大家反對(duì)這種設(shè)計(jì),波音還是老老實(shí)實(shí)的設(shè)計(jì)成了放在腿中間的操縱桿。為了肥大的宇航服手套便于操縱,操縱桿設(shè)計(jì)成了個(gè)粗大的“T”字形。這樣即便是手套很肥,也能握住操縱桿,而且便于兩只手用力。別忘了,在月球表面重力小,身體會(huì)很輕。可能會(huì)身體發(fā)飄使不上勁。
月球車(chē)的中控臺(tái)也非常現(xiàn)代化,因?yàn)樵虑蛏希帕_盤(pán)是沒(méi)有用的,所以?xún)x表盤(pán)上還有一個(gè)根據(jù)太陽(yáng)方位來(lái)計(jì)算方向的裝置,這就是月球車(chē)最簡(jiǎn)單的一個(gè)導(dǎo)航裝置了。
接下來(lái)還有一個(gè)難關(guān)。在沒(méi)有空氣的環(huán)境里,熱控變成了一個(gè)難題。有陽(yáng)光照的這一面往往會(huì)急劇升溫,背光面往往會(huì)溫度非常低,熱脹冷縮不均勻會(huì)造成結(jié)構(gòu)變形。現(xiàn)在都是用熱管來(lái)傳輸熱量,保持航天器的冷熱平衡。熱管可以說(shuō)是一種不折不扣的航天 科技 。
1963 年,熱管誕生于大名鼎鼎的洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。熱管的工作原理很簡(jiǎn)單,當(dāng)受熱端開(kāi)始受熱的時(shí)候,內(nèi)管壁周?chē)囊后w就會(huì)瞬間汽化并產(chǎn)生蒸氣,此時(shí)這部分的壓力就會(huì)變大,蒸氣流在壓力的牽引下向冷凝端流動(dòng)。蒸氣流到達(dá)冷凝端后冷凝成液體,同時(shí)也放出大量的熱量,最后借助毛細(xì)力回到蒸發(fā)受熱端完成一次循環(huán)。
這個(gè)東西結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單,但是導(dǎo)熱效率遠(yuǎn)超過(guò)任何金屬。現(xiàn)在,哪個(gè)臺(tái)式機(jī)或者筆記本是沒(méi)有熱管的呢?都靠這項(xiàng)技術(shù)為 CPU 散熱嘛。月球車(chē)也需要平衡熱量,當(dāng)時(shí)熱管技術(shù)剛出現(xiàn),還沒(méi)有完全成熟。波音設(shè)計(jì)的一種用氨水作為工作物質(zhì)的熱管因?yàn)槌乇环駴Q了。所以,必須另外想辦法。
太空是沒(méi)有空氣對(duì)流的,熱量的散發(fā)全靠輻射。儀器內(nèi)部的散熱就很成問(wèn)題。特別是電池這種發(fā)熱比較嚴(yán)重的部分。最后采用了用蠟來(lái)散熱,溫度高了,蠟開(kāi)始融化,開(kāi)始蒸發(fā)冒煙,這不就帶走了熱量嘛。當(dāng)電器不工作,熱量低了,蠟也就凝固了,等著下一次再用。登月車(chē)帶了十幾公斤蠟來(lái)當(dāng)做冷卻劑。
登月車(chē)的研究算是比較順利的,沒(méi)有延期交付,反而提前了半個(gè)月。其他部門(mén)可沒(méi)有這么準(zhǔn)時(shí)。格魯門(mén)公司研發(fā)登月艙用了 52 個(gè)月。等得布勞恩都快絕望了。這也是沒(méi)辦法,當(dāng)時(shí)各個(gè)承包商的工程師和 NASA 的工程師基本上也都是“996”這么干過(guò)來(lái)的。
月球車(chē)在馬歇爾太空中心接受了嚴(yán)格的測(cè)試。專(zhuān)門(mén)建立了一個(gè)模擬月球表面的測(cè)試場(chǎng),基本上到處都是坑,宇航員就是在這個(gè)場(chǎng)地上練習(xí)駕駛月球車(chē)的。在地上的這 2 輛練習(xí)車(chē),用的是固特異的橡膠輪胎。還動(dòng)用了一架模擬月球重力的飛機(jī)來(lái)進(jìn)行測(cè)試。這架飛機(jī)是一架改裝過(guò)的 KC135,外號(hào)就“嘔吐彗星”。這架飛機(jī)起飛以后,飛到足夠的高度,開(kāi)始做拋物線俯沖,可以制造 25 秒的失重環(huán)境。坐過(guò)這架飛機(jī)的人,有 2/3 都發(fā)生了暈機(jī)嘔吐,顧名思義叫“嘔吐彗星”。
月球車(chē)當(dāng)然也在這架飛機(jī)上進(jìn)行了測(cè)試。主要是為了看看在超重或者失重狀態(tài)下,會(huì)不會(huì)發(fā)生幾何變形。在低重力之下,輪胎和月球土壤之間有沒(méi)有足夠的抓地力。前前后后飛了 65 次,實(shí)驗(yàn)結(jié)果很令人滿意。但是我不知道陪著這個(gè)月球車(chē)進(jìn)行測(cè)試的工程師到底是怎么個(gè)狀況,是不是吐啊吐啊就習(xí)慣了。
最后,這輛月球車(chē)順利地被裝到了阿波羅 15 號(hào)登月艙的側(cè)面。隨著飛船一起被土星 5 號(hào)發(fā)射到了太空。這一次的指令長(zhǎng)是大衛(wèi)·斯科特,他也是個(gè)老司機(jī)了。曾經(jīng)執(zhí)行過(guò)雙子星 8 號(hào)和阿波羅 9 號(hào)任務(wù)。指令艙駕駛員是沃爾登,登月艙駕駛員是埃爾文,他倆是新手。
NASA 的局長(zhǎng)宣布了一個(gè)不好的消息,那就是阿波羅 17 號(hào)以后的登月飛行被取消了,因?yàn)?NASA 的錢(qián)不夠了。所以,為了最大限度地進(jìn)行科學(xué)研究,原來(lái)計(jì)劃的那些任務(wù),都必須壓縮到 15、16、17 三艘飛船來(lái)干。阿波羅 15 號(hào)的任務(wù)被重新調(diào)整了一下。這 3 個(gè)宇航員進(jìn)行了大量地質(zhì)學(xué)的訓(xùn)練,因?yàn)樗麄円皆虑蛏先ふ夜爬系膸r石標(biāo)本,哪些石頭比較老,還是要靠宇航員們的肉眼去識(shí)別。
阿波羅 15 號(hào)的飛行過(guò)程和以前大同小異。他們順利地降落在了月球表面。他們降落在了一個(gè)彎彎曲曲的溝槽附近,這個(gè)地方叫“哈得利月溪”。聽(tīng)這個(gè)名字就知道,這是把月球表面這道彎彎曲曲的溝當(dāng)做是一條小溪了。等到他們降落下來(lái),一看這條溝寬有1公里,深有 400 米,長(zhǎng)度有 80 公里,這哪是一條小溪啊,這比一條河都寬。這條深深的峽谷展示出了月球的地表的一個(gè)斷面。
宇航員認(rèn)為保持生物節(jié)律很重要,斯科特和埃爾文就在登月艙里先睡了,反正還有 3 天時(shí)間呢。等他們睡足了起來(lái)開(kāi)始工作。穿好宇航服,打開(kāi)艙門(mén),沿著梯子晃晃悠悠地就下來(lái)了,兩個(gè)人下來(lái)以后,來(lái)到登月艙旁邊,月球車(chē)折疊起來(lái)掛在艙壁上。因?yàn)樵虑蛏现亓恐挥械厍虻?6 分之一,這個(gè)月球車(chē)大概也就不到 40 公斤吧。兩個(gè)人先慢慢把折疊的底盤(pán)展開(kāi),把內(nèi)八字折起來(lái)的輪子打開(kāi)。車(chē)身翻了 90 度,落到了月球表面。把放到下的座椅掰直,就可以坐上去開(kāi)著跑了。
他們開(kāi)著車(chē)慢慢溜達(dá)。一路上在不斷地采集巖石標(biāo)本,現(xiàn)在有月球車(chē)代步,他們的活動(dòng)范圍大得多。他們這一次最大的一個(gè)收獲就是采集到了一塊非常重要的巖石標(biāo)本,斯科特看到這塊石頭上有很多微小的晶體在閃閃發(fā)光,他判定這是一塊斜長(zhǎng)石。就把這塊石頭采了回來(lái)。
這些巖石標(biāo)本被拿回地球以后,科學(xué)家們?nèi)绔@至寶,分析了這塊巖石的成份和年齡。這塊石頭的年齡起碼有 40 億歲,遠(yuǎn)比地球上任何石頭都古老。地球上你找個(gè) 35 億歲以上的石頭都很難,月球上的巖石卻很容易長(zhǎng)期保存,因?yàn)樵虑蛏蠜](méi)有風(fēng)化作用,也沒(méi)有板塊運(yùn)動(dòng)。地球上就不一樣啦,因?yàn)榇嬖诎鍓K運(yùn)動(dòng),實(shí)際上地球的表面巖石圈是有新陳代謝的,石頭反而都不夠古老。所以,阿波羅15號(hào)帶回的這塊大石頭被稱(chēng)為 “起源石”,這是人類(lèi)尋找到的太陽(yáng)系之中最古老的石頭之一。
通過(guò)對(duì)月球巖石的分析。科學(xué)家對(duì)月球的起源提出了一個(gè)大膽的假說(shuō),那就是碰撞起源說(shuō)。
早在 1898 年,喬治·達(dá)爾文就提出了一個(gè)概念,認(rèn)為月球是因?yàn)榈厍虻目焖傩D(zhuǎn),從地球里面甩出去的。他是提出進(jìn)化論的那位查爾斯達(dá)爾文的二兒子。他沒(méi)搞生物學(xué),學(xué)的是天文學(xué),后來(lái)做到英國(guó)皇家天文學(xué)會(huì)的會(huì)長(zhǎng)。他經(jīng)過(guò)計(jì)算得出了一個(gè)結(jié)論,那就是月球過(guò)去離地球沒(méi)有這么遠(yuǎn),月球是在逐漸地遠(yuǎn)離地球。正好美國(guó)阿波羅登月,在月球上面放置了反射鏡,用激光對(duì)地月距離進(jìn)行了測(cè)量,發(fā)現(xiàn)的確是這樣。當(dāng)然啦,現(xiàn)在我們都知道這是因?yàn)槌毕饔脤?dǎo)致的。不過(guò)喬治·達(dá)爾文沒(méi)能解釋為什么月亮總是一個(gè)面兒朝著地球。
說(shuō)實(shí)話,這就是第一個(gè)月球起源的假說(shuō),也就是說(shuō),當(dāng)時(shí)的人們認(rèn)為,在地球剛剛形成的時(shí)候是一大坨巖漿。地球快速旋轉(zhuǎn),導(dǎo)致一大坨物質(zhì)被甩出去了,就變成了月亮。到了 1946 年,哈佛大學(xué)地質(zhì)系的退休系系主任戴利提出了一個(gè)修正,那就是形成月球的這一大坨物質(zhì),不是自己甩出去的,而是被人撞出去的。不過(guò)這個(gè)說(shuō)法實(shí)在太過(guò)離奇,在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都沒(méi)有得到重視。
時(shí)間到了 1975 年,也就是阿波羅計(jì)劃結(jié)束沒(méi)幾年。哈德曼和達(dá)維斯寫(xiě)了一篇論文。提出了一個(gè)假說(shuō),也就是說(shuō)當(dāng)?shù)厍蛐纬傻臅r(shí)候,在這一圈并不是只形成了地球一個(gè)大行星。而是形成了一大堆個(gè)頭不大的家伙。其中有一個(gè)跟地球撞了,撞擊拋射出的那些碎石頭和塵埃凝聚成了月球,這個(gè)學(xué)說(shuō)可以很好地解釋月球的物理和化學(xué)性質(zhì)。

后來(lái)加拿大和美國(guó)的天文學(xué)家卡梅倫和沃德也提出了相似的理論。他們認(rèn)為有一顆跟火星差不多大的原行星和地球撞了。撞擊以后被拋出去的都是比較輕的硅酸鹽類(lèi)物質(zhì)。而那些非常重的鐵呀鎳啊之類(lèi)的東西飛不出去。最后和地球的核心融合到了一起。那些飛出去的硅酸鹽類(lèi)物質(zhì)最后就凝結(jié)成了月球,所以月球的鐵核心是非常小的。
所有的大行星,都會(huì)形成行星分化。密度大的成分會(huì)降到天體的核心部分,外面都是比較輕的巖石。內(nèi)部都有一個(gè)非常沉重的鐵核,密度非常大。一般的巖石行星。內(nèi)部的這個(gè)大鐵核起碼占了直徑的一半,但是月球的這個(gè)鐵核。根據(jù)測(cè)算,不到直徑的 1/4,月球其實(shí)很不一般。
實(shí)際上,那一次碰撞也不是唯一的碰撞。早期地球曾經(jīng)被大大小小的“磚頭瓦塊”撞過(guò)幾十次。所以有人給撞出月亮的那一顆原行星起名字叫“忒伊亞”。根據(jù)天文學(xué)家的模型進(jìn)行計(jì)算,大家發(fā)現(xiàn),這一次碰撞發(fā)生在太陽(yáng)系形成以后 3~5 千萬(wàn)年。這次撞擊還算溫和,角度也剛剛合適,忒伊亞自己的那個(gè)鐵核最后和地球的鐵核融合了。被拋射出去的主要是兩顆行星地幔里的物質(zhì),也就是硅酸鹽類(lèi)。形成這么大一個(gè)月球,只花了不到 100 年時(shí)間。
這個(gè)假說(shuō)的主要的證據(jù)就來(lái)自阿波羅登月采集的巖石標(biāo)本,月球上斜長(zhǎng)石很多,這說(shuō)明月球曾經(jīng)處于熔融狀態(tài)。碰撞產(chǎn)生的高溫肯定會(huì)導(dǎo)致月球表面形成一個(gè)巖漿的海洋。月球巖石之中含有的鋅元素同位素分布也和地球有差異。造成這種結(jié)果靠火山噴發(fā)是搞不出來(lái)的,只有兩顆行星發(fā)生撞擊的時(shí)候產(chǎn)生的高溫才會(huì)產(chǎn)生這種效果。
但是碰撞說(shuō)也有疑問(wèn),月球巖石標(biāo)本之中的氧同位素的比例和地球巖石的比例幾乎是完全一樣。氧元素最常見(jiàn)的同位素有三種 16O、17O、18O,16O 最多,占了 99.762%。這三種同位素的比例可以當(dāng)做身份證來(lái)使用。從這個(gè)角度來(lái)看,地球上的巖石和月球上的巖石是同源的。但是忒伊亞的氧同位素比例和地球的氧同位素比例不應(yīng)該完全一致。因?yàn)樘煜聸](méi)有那么巧的事兒,剛好完全一樣。如果說(shuō)是它們兩個(gè)相撞,飛濺出去的那些碎石和塵埃形成了月球,那么月球上的物質(zhì)必定是兩顆行星的混合。那么氧同位素比例應(yīng)該也跟地球有差異才對(duì)啊,怎么會(huì)一模一樣呢?
長(zhǎng)久以來(lái),這一直是個(gè)難題。直到最近才有人更精確地測(cè)量了這個(gè)比例。大家才發(fā)現(xiàn),原來(lái)月球的巖石和地球上的巖石氧同位素含量雖然很接近,但是并不一致。這就涉及那場(chǎng)大碰撞之后,兩顆星球的物質(zhì)到底是如何蒸發(fā),如何凝結(jié),如何拋射,如何混合。也有人提出,月球不是一次撞出來(lái)的,是多次撞擊的產(chǎn)物。到現(xiàn)在為止,這還都只是假說(shuō),只是有的假說(shuō)表現(xiàn)較好,能夠解釋的東西更多,比如地月系角動(dòng)量為什么是現(xiàn)在這個(gè)分配比例,用大碰撞理論就可以解釋的很好。
縱觀整個(gè)太陽(yáng)系,我們應(yīng)該清楚,月亮實(shí)在是一個(gè)太特殊的存在。水星金星根本就沒(méi)有衛(wèi)星,火星從小行星帶里抓了兩個(gè)歪瓜裂棗來(lái)當(dāng)自己的衛(wèi)星,這兩個(gè)家伙黑的跟煤球一樣,真是沒(méi)臉見(jiàn)人。唯獨(dú)地球的衛(wèi)星月亮是這么大,這么光彩照人。從地球上看,月亮跟太陽(yáng)差不多大,這是一個(gè)巧合。所以我們地球才看到太陽(yáng)系最壯觀的日全食。
現(xiàn)在我們對(duì)月球的了解主要依靠的是美國(guó)阿波羅登月行動(dòng)從月球帶回來(lái)的巖石。當(dāng)然,其他的月球探測(cè)器也做了不少的分析。但是總比不上把樣品拿回地球的實(shí)驗(yàn)室分析得那么透徹。2020 年底,我國(guó)的嫦娥五號(hào)完成“繞、落、回”的第 3 步,也就是說(shuō)要順利降落到月球表面,抓上一把巖石樣本,然后飛回地球,把樣品送回來(lái)。這是非常關(guān)鍵的技術(shù)突破,非常非常重要。
好,我們還是說(shuō)回阿波羅 15 號(hào)的 3 位宇航員。這 3 位當(dāng)然也獲得了非常高的榮譽(yù)。但是他們也捅出了一個(gè)不大不小的婁子,甚至有點(diǎn)晚節(jié)不保的意思。這到底是怎么回事呢,我們下回再說(shuō)。
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