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Aug. 18 2022

發現月岩中含有地球惰性氣體,這是大撞擊理論的有力證據

  • 含有惰性氣體的月球玄武岩隕石(LAP 02436)。圖片來源: ETH Zurich/Patrizia Will.

    含有惰性氣體的月球玄武岩隕石(LAP 02436)。圖片來源: ETH Zurich/Patrizia Will.

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蘇黎世聯邦理工學院地球化學和岩石學研究所科學家研究非常小的月球隕石,發現其成份含有令人信服的證據,證明月球與地球是從相同物質形成,且可能形成於45億年前的一次災難性撞擊之後。

自從1960年代後期阿波羅計畫(Apollo Program)幫助科學家獲得了月球岩石以來,所謂大撞擊說(Giant Impact Theory)成為月球形成的重要模型,大撞擊說即是有一顆約火星大小的天體撞擊原始地球,地球產生的碎片聚集形成月球。近期科學家分析月球岩石表明,月球與地球的地質特性擁有驚人的相似性,尤其是兩星球岩質中,相同的穩定同位素比率,這代表兩者有共同的起源。但要證明這件事並不容易,而且更重要的是,如何描述其確切影響的性質和撞擊後的時間序都是重要的挑戰。

來自月球的玄武岩隕石,主要是由月球地下熔融岩漿形成,當其冷卻且凝固後,仍被地表頂層岩石所保護,將其與太陽風和輻射區隔開來。在一次高能撞擊事件,將這塊岩石從月球上炸開噴飛至太空,部分隕石掉落於冰天雪地的南極洲,相對容易找到。

研究團隊分析了六個月球隕石樣本,發現隕石中的微小玻璃碎片含有氖氣和氦氣等稀有氣體,與地函發現的氣體一致。這些氣體也存在於太陽風中,但這些來自月球表面下方的隕石樣本,並未暴露於太陽風中,這意味著這些氣體必須來自不同的來源。同時科學家使用強大的質譜儀分析,排除了這些隕石受太陽風和外源汙染的可能性,因此,這些惰性氣體很可能起源於陸地。這次研究的發現不僅進一步證實了大撞擊理論,而且有助於離清這種影響的性質。

早期月球形成的模型表明,大撞擊說是一次適度緩慢的撞擊過程。但最近月球形成的模型,提供了其他可能產生相同結果的選擇,包含與快速旋轉的原始地球發生高能撞擊,這將產生一個由碎片和蒸發物質組成的熔融圓盤,月球由此凝結而成。

研究團隊提出兩種關於惰性氣體如何被鎖在月球內部說法:第一種情況,在月球形成後,月球初期環境充滿岩漿海,需要幾百萬年才能冷卻和凝固,這種情況下撞擊事件提供了充足的時間,讓物質傳遞至月函,並與整體月函混合。第二種情況,月球是從撞擊後地函碎片中吸積而形成,這使得惰性氣體能夠直接存在於月球的月函中,就像它們儲存在地函一樣。

大撞擊理論現在幾乎可以得到驗證,這次研究團隊發現的證據是令人信服的。但是還有更多需要解決的問題,研究團隊正為掌握精確初始撞擊事件的確切性質而努力,而研究月球隕石中其他更難識別的惰性氣體,如氙氣和氪氣的存在,在未來可能發揮作用,相關研究已經發表在 Science Advances 期刊中。


資料來源: Universe Today

本文轉載自臺北市立天文科學教育館網站。

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