2013年5月18日 星期六

月球岩石樣品顯示月球水分或來自地球

  新浪科技訊 香港時間5月18日消息,據美國布朗大學網站報導,借助多接收離子探針,研究人員近期對月球岩石樣品和地球岩石樣品中的氫/氘比進行了比對。他們得到的結論是:月球上的水並非來自彗星撞擊,而是來自45億年前地球,當時地球與另一個大型天體撞擊,產生的大量濺射物逐漸冷凝形成了月球。

  這項最新研究顯示月幔中的水來自原始隕星撞擊,一般認為這也是地球上大部分水的來源。這一研究結果


再次讓我們重新思考月球的形成機制問題。

  目前的主流觀點認為月球是在大約45億年前地球遭受的一次重大撞擊事件中,由從此次撞擊事件濺射出去的物質逐漸冷凝而形成的。科學家們長期以來一直相信,在遭受如此猛烈撞擊的情況下,月球中的氫和其它揮發性組分含量應當會非常少,因為撞擊時的高溫會讓這些物質難以倖存。這就意味著月球在形成之初應當是完全幹燥的。然而最近,美國宇航局的飛船探測以及對當年阿波羅返回樣品的分析顯示月球事實上是含有水的,並且地表和內部都有水分的存在。

  通過証實月球和地球的水擁有相同的來源,此項研究進一步証明了月球上的水長期以來一直存在。阿爾貝托‧薩爾(Alberto Saal)是美國布朗大學地質科學教授,同時也是這篇文章的第一作者。他表示:“對於我們所觀察到現象的最簡單解釋就是:當大撞擊發生時,在原始地球上就有水的存在,並且其中的一部分水逃過了撞擊的高溫保存了下來,這就是我們今天在月球上所看到的情況。”

  這項研究工作的合著者還包括:來自美國華盛頓卡內基研究院的埃里克‧哈利(Erik Hauri),凱斯西儲大學的詹姆斯‧馮-奧曼(James Van Orman),以及布朗大學的馬爾科姆‧盧瑟福(Malcolm Rutherford),這篇文章已經在科學快報上在線發表。

  為了探查月球水分的來源,薩爾和同事們對阿波羅計劃帶回的月岩樣品中的熔融包裹體進行了研究。這些熔融包體是包裹在橄欖石晶體中的微小火山玻璃顆粒。這些晶體可以在火山噴發時防止水分散失並讓研究人員得以瞭解月球內部的珍貴信息。

  2011年以來,哈利領導的研究組發現這些熔融包體內含有豐富的水分,事實上這一含水量幾乎和地球上洋底岩石中的含水量接近。而現在的這項研究目的便是試圖找出如此豐富水含量的來源。為了找出答案,薩爾和同事們對這些包體中的氫同位素進行了分析。薩爾表示:“為了瞭解氫的來源,我們需要線索,而這種線索便是同位素。”

  借助卡內基學院的CAMECA 高分辨二次離子質譜儀設備,研究組分析並測定了月岩樣品中的氫/氘含量比值。氘是氫的同位素,在其原子核中多了一個中子。太陽系中不同位置起源的水擁有不同的氫/氘同位素比值。總的來說,形成時越靠近太陽的位置,其水分中的氘含量相比較遠位置上的天體就要低一些。

  薩爾和同事們月岩樣品熔融包裹體中的氘/氫比值相對較低,與碳質球粒隕石中的含量接近,後者源於木星與火星之間小行星帶,一般被認為代表了太陽系最古老的物質。這就意味著月球上的水可能來自原始狀態的隕星撞擊,而不是原先科學家們認為的彗星體。

  彗星和小行星一樣,被認為攜帶有大量的水和其它揮發性物質,但是其中的大部分都形成於遠離太陽系內部的奧爾特雲區域。由於它們形成的位置距離太陽太過遙遠,它們一般都擁有較高的氘/氫比值,遠比月球內部的這一比值要高。哈利表示:“進行這樣的測定工作本身就非常困難,然而我們得到的結果顯示這些含碳質的隕星可能是地球和月球上揮發分的共同起源,甚至有可能整個內太陽系的揮發分都是由它們帶來的。”

  薩爾表示,近期的研究表明高達98%的地球水分同樣來自原始的隕星成分,這就暗示了地球和月球上的水可能擁有共同起源。對此,薩爾表示,最簡單的解釋便是:這些水原本就存在於原始地球上,隨後被帶到了月球。

  這一結果與月球的撞擊起源說並不矛盾,但是會引發一個問題,那就是,假設月球本身便是由地球物質組成的,那麼它和地球擁有共同的水起源也就不足為奇了。但是關鍵性的問題就在於這些水怎麼可能能在如此規模的撞擊下倖存而安然地轉移到月球上去?薩爾表示:“不知怎的這些水並沒有全部散失掉,但是我們不知道這其中的過程究竟是怎樣的。”

  這可能表明,在有關於行星與衛星形成的機制方面我們可能還有一些重要的機制未能理解。

  馮-奧曼表示:“我們的研究顯示,即便在最劇烈的撞擊事件中,揮發分也不會完全散失。我們或許將需要重新回到起點,來審視超級規模的撞擊究竟意味著什麼,與此同時我們也需要重新審視月球上揮發分物質的存在狀況。”(晨風)



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