阿波罗任务改变了我们对月球的看法

2019-07-20 15:24:16

阿波罗登月,第一次发生在50年前的明天(澳大利亚时间),不仅仅是“人类迈出的一大步”。它们启动了一个过程,彻底改变了我们对月球如何形成的理解。

美国华盛顿特区卡内基科学研究所的地球化学家和地质年代学家理查德卡尔森说,在1969年7月20日第一次阿波罗登陆之前,对月球知之甚少。

他说,基于它的密度,科学家们知道它必须主要是岩石,没有地球的大金属核心。

而且他们知道它的表面,无论它在未经过滤的行星际空间阳光下看起来多么令人目眩,实际上是由相对较暗的材料组成,这一事实导致人们猜测它可能类似于一类已知的黑暗,高碳陨石作为碳质球粒陨石。

还假设它形成缓慢并且足够冷却它仅部分熔化。

但是,阿波罗11号带回来的第一批材料证明了这一切都是错误的,卡尔森说。

一方面,月亮并不是黑暗的,因为它装满了碳。相反,我们现在知道,它是黑暗的,因为一个称为太空风化的过程,其中太阳风中的高能粒子的轰击改变其表面,使得通常明亮的物质变暗。

但是阿波罗11号还带回了几乎纯净的斜长石砂岩和鹅卵石,这种矿物质在地球上很常见,但通常与其他矿物混合。

弄清楚它是如何聚集成整个鹅卵石的,但是在几个月内,由马萨诸塞州剑桥市史密森天体物理天文台的约翰伍德领导的团队意识到这意味着在早期阶段不要冷静月亮必须融化成巨大的岩浆海洋。

伍德的研究小组总结说,由于斜长岩的密度低于构成这样海洋的普通材料,因此它会在结晶时浮出水面,像岩石冰山一样漂浮在水面上。

在阿波罗之前,有三种关于月球如何形成的基本模型。英国天文学家乔治·达尔文爵士在阿波罗之前90年就出名的一个地方就是,早期的地球已经以某种方式旋转得如此之快以至于裂开了,月亮像一个被奥运选手投掷的巨型铁饼一样被抛弃。

根据这一理论,太平洋盆地是地球地壳中从月球挣脱的地方留下的草皮。

另一个理论是,月球独立于地球形成,并以某种方式陷入并被我们行星的引力捕获。

第三个是地球和月球一起形成,并且始终是亲密的伙伴。

三个理论:没有一个在阿波罗的面前举起。

首先,阿波罗月亮岩石的同位素测年揭示了月球形成于44亿年前,距离地球约1.5亿年。这听起来并不是一个巨大的差异,但它同时毁掉了月球和地球共同形成的想法。

与此同时,月球岩石和地球岩石的成分非常相似,特别是在我们现在所知的稀有同位素的特征中,从行星到行星各不相同。“这真的推动了月球是由地球上的物质组成的想法,”卡尔森说。

当然,这导致了一个巨大的撞击理论,在这个理论之下,地球在形成1.5亿年之后,被一个大小与火星大小相关的物体所破坏,这个物体从其表面喷出足够的物质然后合并到月球中。

但是,无论多少这个想法都可以捕捉到大众的想象力,阿波罗岩石的证据表明即使它可能也不完全正确,卡尔森说。

“这是一个好主意,但[对它]地球岩石和月球岩石之间的同位素相似性是一个问题,”他说。

这是因为没有理由认为撞击器应该具有与地球完全相同的同位素比率。因此,为了使巨型冲击理论发挥作用,碰撞必定是如此猛烈,以至于它将撞击物和原地球的物质混合得足够好,以至于不会留下原始差异的痕迹。

卡尔森说,目前这个难题的解决方案是一个模型,表明年轻的地球在受到撞击时非常迅速地旋转,并且这种影响可能是正面的,而不是一次掠过的打击。

他说,这将产生如此多的热量,地球的外部部分将达到10,000°C的温度。这不会简单地融化它的岩石,而是会将它(以及大部分撞击者)转化为完全混合的岩石云,这些岩石将扩展到太空,就像一个“大的气态马勃”,月亮最终凝结成。

无论这种模式是否正确,卡尔森都不知道。

但它很有意思,如果没有阿波罗计划返回的样本,我们可能仍会陷入20世纪60年代的行星形成科学。

德克萨斯州休斯顿月球和行星科学研究所的月球地质学家兼高级科学家科学家大卫·克林对此表示赞同。“阿波罗计划证明了样本的非凡价值,”他说。“从一些灰色岩石出现了很大的想法。