月幔发现水，月球起源重新探讨!

http://www.sciencevie.cn/gb/arti ... 112282003082653.htm


     月幔中竟然发现了水！这一点无疑出乎所有人意料。按照原有的假说，那里根本不该有水存在。看来，我们得告别“大碰撞”理论，重新探讨月球起源问题了。



　　体物理学家洞悉万物。他们可以将时间还原到“大爆炸”后的瞬间，重现整个宇宙的历史；他们能精确掐算浩瀚星河的寿龄，细数恒星的生老病死；他们对行星形成的奥秘几乎无所不知……举头望明月，我们有理由相信，这个人类早已涉足的地方，对星空的专家们来说全无挑战可言。然而事实恰恰相反，蓝色星球的这颗卫星，眼下却将了“月球专家”们一军：他们需要重新研究月亮的身世，甚至不惜为此相互攻击。原因无它，只为月球上意外地发现了水。的确，科学家一直以为月球只是一片干燥的荒漠。可是最近，美国卡耐基研究院的埃里克·豪利（Erik Hauri）和布朗大学的阿尔伯托·萨尔（Alberto Saal），在研究了月球内部的岩石后证实，我们这颗天然卫星同样含有水分子，它们藏匿在月幔之中，其浓度与上地幔水分子浓度相当。这下，研究月球的理论家们坐不住了：“有水的月球”，这是他们最靠谱的月球形成理论无论如何没有预料到的……

　　让我们看看行星学家以前是怎么想象这段历史的。45.6亿年前，太阳射出第一缕光芒。在围绕它的巨大尘气云盘中，物质如滚雪球般不断碰撞、聚集，历经上千万年，最终形成行星。而在太阳诞生后3000万到7000万年间，一个火星大小的天体与年轻而灼热的地球发生了碰撞，部分地幔被抛向宇宙空间，与撞击物碎片一起构成新的尘埃团，坍缩后形成月球。

　　1946年，哈佛大学的研究人员率先提出了这个名为“大碰撞”（Giant impact）的假说，鉴于当时无法进行实地验证，因而未能引起众人关注。但乘着“阿波罗”登月计划成功的东风，1975年，美国宇航员威廉·哈特曼（William Hartmann）和唐纳德·戴维斯（Donald Davis）证实，“大碰撞”假说确能解释有关月球的诸多疑问，包括月球上为何没有水——对月球岩石标本的分析表明了这一点。正如巴黎自然历史博物馆的弗朗索瓦·罗贝尔（Fran鏾is Robert）介绍的：“在‘大碰撞’理论中，月球形成温度远比地球形成温度要高。这样想的话，的确不会有水存在。”“大碰撞”假说从此成为月球起源的经典解释。

　　然而2008年，阿尔伯托·萨尔的发现改变了局面。他使用超高精度光谱技术，重新对月球火山岩样本进行了分析，这些火山岩形成于30亿年前，源自涌出月表的岩浆。萨尔的分析得出了一个与先前的研究大相径庭的结论：实际上，月球的岩石中含有水分子，含量约为百万分之五。诚然，这个数据只是地球上地幔含水率的二十分之一，然而绝非为零。

　　2011年春天，他们的研究再次震惊世界。这一次，这些地质学家用分光仪对一些原始熔岩碎屑进行了细致的研究。它们原本被橄榄石（某种硅酸盐矿物）捕获，并在月球火山爆发中，随后者从月球内部来到月表。通过这些橄榄石，地质学家得以了解月球内部的成分信息。尤其是那些挥发性物质——当橄榄石冷却时，它们没来得及逃逸，因此都被完好地保存在了橄榄石中。经测算，在这部分熔岩中，水分子的含量达到了百万分之六十到百万分之一百四十，已与地球上地幔的含水率相当！“与所谓的‘完全脱水’相比，这可是大量的水。”阿尔伯托·萨尔对自己的发现感到骄傲。同时，他的研究团队还在橄榄石中发现了氟、氯和硫化物。“不可思议。我们之前认为，月球在伴随‘大碰撞’而来的脱气过程中失去了所有的挥发性物质。”“大碰撞”假说就此破产？反正也还有许多其他有关月球起源的假说，有一种说法就认为，月球在远离地球的地方形成，但在地球近处通过时，被地球引力捕获。

烈火中的水

　　不过这个假设很难成立：月球既要因外力撞击而减缓速度，又要与地球近距离邂逅……特殊条件太多了。而且这样一来，月球轨道也会比现实中的狭长许多。

　　另一种假设是，月球与地球在太阳系中的同一片区域中同期诞生。如果这个假设正确，那么月球的密度当与地球相似，但实际却相差悬殊。还有一种“分裂说”，由查尔斯·达尔文（Charles Darwin）之子乔治·霍华德·达尔文（George Howard Darwin）在1878年提出。该理论认为月球曾是地球地幔的一部分，而当时还很年轻的地球仍处于熔融状态，高速自转所造成的离心力让月球挣脱了出来。“这个假说可以完美解释月球和地球地幔在成分上的高度相似性。”法国尼斯天文台的亚列桑德罗·摩尔比德利（Alessandro Morbidelli）承认，“然而，这个假说意味着地球曾高速自转。根据动量守恒原理，这部分动量应保留在今天的地月系统中，但实际情况却非如此。”瑞士伯尔尼大学的威利·宾士（Willy Benz）补充道：“由于不能自圆其说，达尔文的假说已经‘出局’。‘大碰撞’是唯一满足地月系统力学条件的假说。”亚列桑德罗·摩尔比德利持相同意见：“我们别无选择。”于是一个巨大难题摆在了科学家面前：灼热的“大碰撞”之后，月幔中为何保存下了水分？诚然，“‘大碰撞’涉及非平衡态物理，给建立模型带来了很大困难，我们至今尚未能精确界定其发生过程。”法国南锡岩石学和地质化学研究中心的贝尔纳·马尔蒂（Bernard Marty）解释道。因此我们很难断言水和其他挥发性物质在碰撞发生时的确切表现。但如果我们认可埃里克·豪利和阿尔伯托·萨尔的研究结果，我们将不得不解释为何地球上地幔的挥发性物质含量和月幔中的挥发性物质含量几乎一致。根据美国博尔德大学罗宾·卡努普（Robin Canup）在2004年进行的“大碰撞”计算机模拟实验——这是迄今最精确的模拟——我们发现，月球80%的构成物来源于外来撞击体，而其余20%来源于地球。但科学家很难理解，为何那个外来撞击体和地球的挥发性物质含量相同（内太阳系各行星的挥发性物质含量均不相同）。



http://www.sciencevie.cn/gb/arti ... 112282003082653.htm


     月幔中竟然发现了水！这一点无疑出乎所有人意料。按照原有的假说，那里根本不该有水存在。看来，我们得告别“大碰撞”理论，重新探讨月球起源问题了。



　　体物理学家洞悉万物。他们可以将时间还原到“大爆炸”后的瞬间，重现整个宇宙的历史；他们能精确掐算浩瀚星河的寿龄，细数恒星的生老病死；他们对行星形成的奥秘几乎无所不知……举头望明月，我们有理由相信，这个人类早已涉足的地方，对星空的专家们来说全无挑战可言。然而事实恰恰相反，蓝色星球的这颗卫星，眼下却将了“月球专家”们一军：他们需要重新研究月亮的身世，甚至不惜为此相互攻击。原因无它，只为月球上意外地发现了水。的确，科学家一直以为月球只是一片干燥的荒漠。可是最近，美国卡耐基研究院的埃里克·豪利（Erik Hauri）和布朗大学的阿尔伯托·萨尔（Alberto Saal），在研究了月球内部的岩石后证实，我们这颗天然卫星同样含有水分子，它们藏匿在月幔之中，其浓度与上地幔水分子浓度相当。这下，研究月球的理论家们坐不住了：“有水的月球”，这是他们最靠谱的月球形成理论无论如何没有预料到的……

　　让我们看看行星学家以前是怎么想象这段历史的。45.6亿年前，太阳射出第一缕光芒。在围绕它的巨大尘气云盘中，物质如滚雪球般不断碰撞、聚集，历经上千万年，最终形成行星。而在太阳诞生后3000万到7000万年间，一个火星大小的天体与年轻而灼热的地球发生了碰撞，部分地幔被抛向宇宙空间，与撞击物碎片一起构成新的尘埃团，坍缩后形成月球。

　　1946年，哈佛大学的研究人员率先提出了这个名为“大碰撞”（Giant impact）的假说，鉴于当时无法进行实地验证，因而未能引起众人关注。但乘着“阿波罗”登月计划成功的东风，1975年，美国宇航员威廉·哈特曼（William Hartmann）和唐纳德·戴维斯（Donald Davis）证实，“大碰撞”假说确能解释有关月球的诸多疑问，包括月球上为何没有水——对月球岩石标本的分析表明了这一点。正如巴黎自然历史博物馆的弗朗索瓦·罗贝尔（Fran鏾is Robert）介绍的：“在‘大碰撞’理论中，月球形成温度远比地球形成温度要高。这样想的话，的确不会有水存在。”“大碰撞”假说从此成为月球起源的经典解释。

　　然而2008年，阿尔伯托·萨尔的发现改变了局面。他使用超高精度光谱技术，重新对月球火山岩样本进行了分析，这些火山岩形成于30亿年前，源自涌出月表的岩浆。萨尔的分析得出了一个与先前的研究大相径庭的结论：实际上，月球的岩石中含有水分子，含量约为百万分之五。诚然，这个数据只是地球上地幔含水率的二十分之一，然而绝非为零。

　　2011年春天，他们的研究再次震惊世界。这一次，这些地质学家用分光仪对一些原始熔岩碎屑进行了细致的研究。它们原本被橄榄石（某种硅酸盐矿物）捕获，并在月球火山爆发中，随后者从月球内部来到月表。通过这些橄榄石，地质学家得以了解月球内部的成分信息。尤其是那些挥发性物质——当橄榄石冷却时，它们没来得及逃逸，因此都被完好地保存在了橄榄石中。经测算，在这部分熔岩中，水分子的含量达到了百万分之六十到百万分之一百四十，已与地球上地幔的含水率相当！“与所谓的‘完全脱水’相比，这可是大量的水。”阿尔伯托·萨尔对自己的发现感到骄傲。同时，他的研究团队还在橄榄石中发现了氟、氯和硫化物。“不可思议。我们之前认为，月球在伴随‘大碰撞’而来的脱气过程中失去了所有的挥发性物质。”“大碰撞”假说就此破产？反正也还有许多其他有关月球起源的假说，有一种说法就认为，月球在远离地球的地方形成，但在地球近处通过时，被地球引力捕获。

烈火中的水

　　不过这个假设很难成立：月球既要因外力撞击而减缓速度，又要与地球近距离邂逅……特殊条件太多了。而且这样一来，月球轨道也会比现实中的狭长许多。

　　另一种假设是，月球与地球在太阳系中的同一片区域中同期诞生。如果这个假设正确，那么月球的密度当与地球相似，但实际却相差悬殊。还有一种“分裂说”，由查尔斯·达尔文（Charles Darwin）之子乔治·霍华德·达尔文（George Howard Darwin）在1878年提出。该理论认为月球曾是地球地幔的一部分，而当时还很年轻的地球仍处于熔融状态，高速自转所造成的离心力让月球挣脱了出来。“这个假说可以完美解释月球和地球地幔在成分上的高度相似性。”法国尼斯天文台的亚列桑德罗·摩尔比德利（Alessandro Morbidelli）承认，“然而，这个假说意味着地球曾高速自转。根据动量守恒原理，这部分动量应保留在今天的地月系统中，但实际情况却非如此。”瑞士伯尔尼大学的威利·宾士（Willy Benz）补充道：“由于不能自圆其说，达尔文的假说已经‘出局’。‘大碰撞’是唯一满足地月系统力学条件的假说。”亚列桑德罗·摩尔比德利持相同意见：“我们别无选择。”于是一个巨大难题摆在了科学家面前：灼热的“大碰撞”之后，月幔中为何保存下了水分？诚然，“‘大碰撞’涉及非平衡态物理，给建立模型带来了很大困难，我们至今尚未能精确界定其发生过程。”法国南锡岩石学和地质化学研究中心的贝尔纳·马尔蒂（Bernard Marty）解释道。因此我们很难断言水和其他挥发性物质在碰撞发生时的确切表现。但如果我们认可埃里克·豪利和阿尔伯托·萨尔的研究结果，我们将不得不解释为何地球上地幔的挥发性物质含量和月幔中的挥发性物质含量几乎一致。根据美国博尔德大学罗宾·卡努普（Robin Canup）在2004年进行的“大碰撞”计算机模拟实验——这是迄今最精确的模拟——我们发现，月球80%的构成物来源于外来撞击体，而其余20%来源于地球。但科学家很难理解，为何那个外来撞击体和地球的挥发性物质含量相同（内太阳系各行星的挥发性物质含量均不相同）。