一项新的研究表明，地球和月球在成分上存在明显差异，这有助于解释月球的形成。

尽管月球是太空中离我们最近，最被人熟知的邻居，但令人惊讶的是，它是如何形成的却没有定论且存在争议。科学家普遍认为，大约在45亿年前，一个名为忒伊亚的巨大天体撞击了地球，这个理论被称为大碰撞假说。然而，接下来的事情有待探讨。一些科学家支持“经典”模型，说是大碰撞产生了许多碎片，这些碎片逐渐聚集起来形成月球，而地球则完好无损。其他人则支持更激进的模型，例如原始地球和忒伊亚汽化并形成了一个由过热碎片组成的环，就像甜甜圈一样，其被称为蒸汽岩石环，并最终形成了我们的地球和月球。但是普渡大学的杰·梅洛什（Jay Melosh）指出：“学术圈没有就（这些理论中的）任何一个达成共识”。

《自然-地球科学》刊载的一项新研究可能会解决一些争议。新墨西哥大学的埃里克·卡诺（Erick Cano）和他的同事检查了阿波罗计划的月球表面样本，发现越深入表面以下，月球与地球的之间就有更多不同。这表明，月球和地球在成分上不像人们之前想的那样类似，这可能就排除了蒸汽岩石环模型，该模型假定后者和忒伊亚之间充分混合了它们的物质，然后分离出地球和月球。这些发现可能会把我们拉回到更经典的月球形成模型。“人们为此争论了60年，”该论文的审稿人之一，加州大学圣地亚哥分校的马克·蒂门斯（Mark Thiemens）评价道，“你能证明月球和外来撞击体有些相似，这非常了不起。”

比较地球和月球组成的关键方法之一是测量样品中的氧同位素，即质量不同的氧原子。在太阳系不同位置形成的天体之间，各种同位素的含量是不同的。以前的研究发现，如果你对两处的样品分别取平均值，则月亮的各种氧同位素含量与地球的非常相似，这可能表明地球和忒伊亚之间进行了充分的混合，或者忒伊亚在太阳系中与地球相近的位置形成。如果忒伊亚在很远的地方形成，或者大碰撞后只有很少的混合，那么氧同位素应该有很大区别。

但卡诺的团队没有对样本进行平均，而是研究了每个样本在月球取样时的位置，并发现了明显的差异，尽管靠近表面的各种氧同位素含量与地球的相似，但下层的却不同。“近似的含量对大碰撞假设来说的是个大难题，因为这些模型预测，月球应主要由来自外来撞击体的物质组成。”卡诺说，“我们发现含量确实存在区别，其取决于不同的岩石类型。

他们的结果表明，撞击发生后，忒伊亚的残留被藏在月球的地幔深处。同时，在月球表面，汽化硅酸盐岩石组成的气层因大碰撞而形成，并慢慢冲刷着月球，导致其混合了来自地球的物质。“这逐渐沉降到了熔融态的月球上，但是，这并没有完全被混入月球岩浆海中，”卡诺说，“所以我们认为最深（区域）的样品受到的沾染最少。”

梅洛什说，这一发现可能对月球形成的辩论产生重要的影响。“这一结果的主要影响是，它可能证伪蒸汽岩石环模型，或至少引起人们的怀疑。”他说。然而，加州大学戴维斯分校的莎拉·斯图尔特（Sarah Stewart）和她的同事西蒙·洛克（Simon Lock）于2018年提出的这个蒸汽岩石环模型，他们说这些发现还没有完全推翻它。关于月球形成的中心议题仍然存在，尤其是为什么和火星等其他地方比起来，地球的氧同位素含量和忒伊亚的更接近。“我们仍然被一个问题卡住，为什么形成月球的物体必须和地球类似，或者必须在大碰撞时发生时进行大量混合。”她说，“究竟发生了多少（混合）仍是个难题。”

然而，新的结果表明，对于月球的成分，还有很多需要研究，而且科学家们就这个卫星的形成达成一致还需要一段时间。“很多人非常想知道它是如何形成的。”蒂门斯说。但是，如果在表面以下确实有忒伊亚存在的确凿证据，那可以帮助我们最终弄清楚这个外来撞击体的来源，以及它如何导致我们的太空邻居的诞生。

原文：Apollo Rock Samples Heat Up Moon Formation Debate, Jonathan O’Callaghan, March 9, 2020