月球形成之谜被解决？形成月球的神秘天体比预想更小

据国外媒体报道，目前，最新一项计算机模拟实验表明，20亿年前碰撞地球形成月球的神秘天体，其质量比之前预想的更小。

巴黎地球物理研究所研究人员测试了20多亿个组合参数，试图揭晓月球的形成之谜。他们得出结论称，该碰撞事件的关键在于碰撞天体的质量大约是地球质量的十分之一。

长期以来天文学家猜测，月球形成于巨型原行星“忒伊亚（Theia）”与早期地球的碰撞过程中，这个理论最早是上世纪70年代提出的。研究人员指出，这次巨大碰撞事件形成大量残骸云，最终它们合并形成月球。

巴黎地球物理研究所研究人员测试了20多亿个组合参数，试图揭晓月球的形成之谜。他们得出结论称，该碰撞事件的关键在于碰撞天体的质量大约是地球质量的十分之一。

然而，到目前为止天文学家仍无法解释月球和地球残留物质化学特征的一致性。科学家提出了两种观点，结果表明此次远古碰撞天体的质量并不相同。依据第一种观点，碰撞之后地球的两个一半结构形成了地球-月球系统；在第二种观点中，“忒伊亚”是一颗小型高速抛射天体，碰撞在体积较大、快速旋转的早期地球。

为了揭晓月球形成之谜，巴黎地球物理研究所詹姆斯·巴德罗（James Badro）和同事决定着手分析每种观点与地球化学属性的匹配状况。

巴德罗在接受《新科学家》杂志采访时称，我们知道，地球形成1亿年时发生巨大碰撞的天体无论体积较小还是较大，都会在地幔残留化学印记。化学印记的差异性取决于“忒伊亚（Theia）”的质量大小。

图中是艺术家描绘的一颗较大天体与早期地球发生碰撞。

研究人员运行了20多亿次碰撞模拟，发现一颗质量是地球质量15%以上的碰撞天体无法产生我们在地幔层所看到的化学成分，它与地球碰撞会导致地幔出现大量镍和钴。

近期，一项独立研究发现月球形成不久，地球遭受小型行星轰击碰撞，该碰撞过程给地球带来了大量稀有元素。这些类似月球的天体对年轻月球内核带来了金、银和铂等元素，并且有效地增大了地球质量。这项发现提供了45亿年前地球进化的最新线索。

这种理论被称为“大型碰撞假说”，或者“大型溅射碰撞”，目前，美国科罗拉多州西南研究所研究人员提出了一项模拟，“忒伊亚（Theia）”碰撞事件之后，在很长的一段时间里，叫做“微行星（planetesimals）”的微型行星残留物对地球产生碰撞影响。这些岩石残留物大小不等，体积从沙粒到直径3000公里的岩石块。

图中显示抛射体内核（深褐色部分）和地幔（绿色部分）微粒。地球微粒并不是清晰可见，红色和灰色半球体是地球内核的表面。

当一颗行星系统形成时，灰尘云将通过引力作用聚集在一起，形成较小的岩石体。科学家认为，微行星聚集合并形成地球以及其它行星。

这种轰击过程，被称为“后期增生（late accretion）”，是较大微行星碰撞早期地球，最终增积相应物质，使地球质量逐渐增大。

该研究报告作者西蒙妮·马奇（Simone Marchi）博士解释称，我们模拟大型碰撞事件，分析“后期增生”阶段中金属和硅酸盐等物质如何与地球结合在一起。该过程在月球形成之后仍持续了数亿年时间。

他还指出，基于我们的模拟计算，“后期增生”过程中微行星向早期地球添加的质量远大于之前的预期，这对于地球早期进化具有重要影响。然而之前研究认为，在地球形成最后阶段中源自微行星碰撞增积的质量仅占总质量的0.5%。

地球亲铁元素的较高密度，例如：金、铂和铱等，它们的形成与地幔层铁元素具有密切关系。之前研究猜测，所有较高密度的亲铁元素是通过“后期增生”阶段增积到地球质量的，它们保留在地幔层中。

这是一场“亡灵序曲”，地球与一颗比火星体积略大的天体发生碰撞，残骸物质喷射形成月球。

这项最新研究表明，“后期增生”可能涉及较大的分化型投射物，这些投射物的金属内核具有密度较高的亲铁元素。

这项最新高分辨率碰撞模拟实验表明，较大微行星内核的大量物质可能残留在地球上，并逐渐混入地球内核，或者溅射至太空，完全逃脱地球引力束缚。以上两个情况减少了高密度铁元素增积在地幔的数量，意味实际碰撞过程中微行星向地球增积的物质质量是之前预期的2-5倍。

研究报告合著作者罗宾·卡纳普（Robin Canup）博士说：“这项模拟实验很可能有助于解释远古陆地岩石样本中同位素异常现象的存在。”据悉，这些远古陆地岩石样本包括科马提岩（komatiite），这是一种火山岩。

这些异常现象对于月球起源模型增加了不确定性，意味着忒伊亚原行星碰撞之后，地球地幔出现融合现象。我们认为，至少地球上一些岩石是“后期增生”月球形成碰撞之后才形成的。