研究發(fā)現(xiàn)月球形成的時(shí)間，比之前設(shè)想的稍晚一些。當(dāng)一顆火星大小的原行星（忒伊亞）在與年輕地球碰撞中被摧毀時(shí)，碰撞中噴出的碎片就產(chǎn)生了一個(gè)新天體，也就是現(xiàn)在的月球。

由馬克西姆·莫里斯領(lǐng)導(dǎo)的德國(guó)航空太空中心（DLR）的行星地球物理學(xué)家與明斯特大學(xué)科學(xué)家一起，使用一種新的數(shù)值模型，重建了事件發(fā)生的時(shí)間：44.25億年前，之前關(guān)于月球形成假設(shè)是45.1億年。

這比新的計(jì)算顯示早了8500萬年，其研究 成果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》期刊上。45億年前，太陽系仍是一片混亂，地球仍在不斷增長(zhǎng)到現(xiàn)在的大小，以所謂行星體的形式“收集”物質(zhì)。它們以前是在圍繞早期太陽運(yùn)行的塵埃和氣體圓盤中形成。年輕地球內(nèi)部變得越來越熱，巖石地幔的大部分逐漸融化，形成巖漿海洋。就是在這個(gè)時(shí)候，地球獲得了一顆天然衛(wèi)星（月球）。

地球和一顆原行星（忒伊亞）之間的碰撞，將巖石從年輕的地球上拋出。最終，這些碎片凝聚成一個(gè)新天體——衛(wèi)星月球。理論上，大多數(shù)科學(xué)家都同意月球是這樣形成的，但不同意這個(gè)過程的細(xì)節(jié)，特別是不同意它發(fā)生的時(shí)間，因此一直以為存在很多爭(zhēng)議。最新建模的研究結(jié)果表明，年輕的地球是在45.67億年前太陽系誕生約1.4億年后被一顆原行星撞擊。

地球 VS 忒伊亞

根據(jù)計(jì)算，這發(fā)生在44.25億年前（不確定性為2500萬年）那時(shí)月球就誕生了。當(dāng)時(shí)，地球剛剛發(fā)展成為一顆行星。在這一發(fā)展過程中，重金屬成分下沉到其中心，形成了一個(gè)由鐵和鎳組成的核心，核心被厚厚的硅酸鹽巖石地幔所包圍。由于增生和放射性元素的衰變，地幔巖石變得越來越熱。這使得金屬和硅酸鹽可以在幾千萬年內(nèi)在地球內(nèi)部發(fā)生分離。在這個(gè)階段，地球受到了原行星（忒伊亞）的撞擊，這是一顆可能有火星大小的原行星。

忒伊亞是希臘神話中的泰坦之一，也是月亮女神塞勒妮的母親。在太陽系早期，會(huì)有很多這樣的天體，其中一些是從太陽系噴射出來的，而另一些則是由于與其他天體的碰撞而被摧毀。然而，忒伊亞撞擊了地球，并導(dǎo)致大量物質(zhì)從行星的地幔中噴射出來，以至于月球能夠從地幔中形成。在這次猛烈的撞擊中，形成了幾千公里深的巖漿海洋。然后，地球在這次碰撞之后，沒有留下任何忒伊亞的蹤跡。

重建月球的形成是如何由這一事件引發(fā)的，需要大量的想象力和創(chuàng)造力。地球和原行星忒伊亞的碰撞具有巨大能量，也蒸發(fā)了地球早期地幔中的大量巖石。在它重新聚集在那里形成巖石之前，它被拋出并收集在地球周圍的一圈塵埃中。DLR行星研究所行星物理系主任、該研究的合著者多麗絲·布魯爾解釋說：由此，月球在很短的時(shí)間內(nèi)就形成了，可能只用了幾千年。

確定月球形成時(shí)間

科學(xué)家們?cè)谠虑蛐纬蓺v史上大體上是一致的看法，但還無法確定確切的日期。因?yàn)槿缌伟⒉_登月任務(wù)宇航員帶回地球的月巖，都沒有直接記錄地球天然衛(wèi)星的年齡?，F(xiàn)在，德國(guó)航天中心和明斯特大學(xué)科學(xué)家用一種新的間接方法確定了月球形成時(shí)間。這項(xiàng)研究的另一位合著者薩布麗娜·施溫格描述了事件的時(shí)間順序，她說：我們的計(jì)算表明，這最有可能發(fā)生在地球形成的最后階段。

不僅僅是地球在其年輕早期就擁有巖漿海洋，從吸積中獲得的能量也導(dǎo)致月球上巖漿海洋的形成。月球幾乎完全融化，與地球類似，被超過1000公里深的巖漿海洋覆蓋。巖漿海洋很快就開始凝固，并在表面形成了一層漂浮的輕質(zhì)晶體外殼。但在這個(gè)隔熱的外殼下，減緩了巖漿海洋的進(jìn)一步冷卻和凝固，月球在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都保持著熔融狀態(tài)。

到目前為止，科學(xué)家們無法確定巖漿海洋需要多長(zhǎng)時(shí)間才能完全結(jié)晶。這就是為什么之前科學(xué)家們無法得出月球最初形成時(shí)間的原因，為了計(jì)算月球巖漿海洋的壽命，科學(xué)家們使用了一種新的計(jì)算機(jī)模型，該模型首次綜合考慮了巖漿凝固過程中涉及的過程。新模型的結(jié)果表明，月球巖漿海洋壽命很長(zhǎng)，花了近2億年才完全凝固成地幔巖石。

揭示月球的年齡

這個(gè)時(shí)間尺度比以前研究計(jì)算的要長(zhǎng)得多，原來的計(jì)算機(jī)時(shí)間只有3500萬年。為了確定月球的年齡，科學(xué)家們不得不更進(jìn)一步，計(jì)算了在巖漿海洋凝固過程中形成富含鎂和鐵的硅酸鹽礦物組成是如何隨著時(shí)間的變化而變化。研究發(fā)現(xiàn)，隨著凝固過程的進(jìn)行，剩余巖漿海洋的組成發(fā)生了劇烈變化。這一發(fā)現(xiàn)意義重大，因?yàn)檫@能將月球上不同類型巖石的形成與其巖漿海洋演化的某個(gè)階段聯(lián)系起來。

通過將月球巖石的實(shí)測(cè)成分與模型中預(yù)測(cè)的巖漿海洋成分進(jìn)行比較：研究人員能夠?qū)r漿海洋的演化追溯到它的起點(diǎn)，也就是月球形成的時(shí)間。所以，最新研究結(jié)果表明：月球形成于44.25±0.025億年前。明斯特大學(xué)行星學(xué)研究所的托爾斯滕·克萊恩說：這是第一次發(fā)現(xiàn)月球的年齡與地球形成末期發(fā)生的事件直接相關(guān)。

博科園｜研究/來自：德國(guó)航空太空中心

參考期刊《科學(xué)進(jìn)展》

DOI: 10.1126/sciadv.aba8949

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