傳統(tǒng)觀點認為，月球大約在43.5億至45.1億年前形成。然而，近期發(fā)表在《自然》雜志上的一項研究提出了新的觀點。來自不同領域的三位科學家從各自的專業(yè)視角出發(fā)，重新探討了月球的形成時間。

他們的分析結(jié)果表明，月球的真實年齡可能比傳統(tǒng)認為的更為久遠。這一發(fā)現(xiàn)為月球的起源與演化提供了全新的視角，或?qū)⒏淖兾覀儗υ虑蛟缙跉v史的認知。

月球是如何形成的？

20世紀80年代末，在夏威夷召開的一個科學會議上，科學家們提出了一種廣為接受的理論，解釋了月球的起源。這一理論稱為“大碰撞假說”，認為一個火星大小的天體（忒伊亞）與早期地球發(fā)生劇烈碰撞，巨大的沖擊力將熔融的物質(zhì)拋入太空。這些熾熱的、發(fā)光的物質(zhì)逐漸聚集，最終形成了今天的月球。

這一假說不僅形象地描述了月球的起源，還解釋了它的一些獨特特征。例如，由于月球起始于高溫熔融狀態(tài)，因此它幾乎沒有易揮發(fā)的物質(zhì)（如水）。此外，月球的鐵核非常小，因為它主要是由地球外層的物質(zhì)形成，而地球外層的鐵含量較低。月球表面還覆蓋著一層白色的月殼，這是由熔融月球逐漸凝固時漂浮到表面的礦物質(zhì)構(gòu)成的。

最初，發(fā)著光的、新形成的月球距離地球非常近，大約與電視衛(wèi)星繞地球軌道運行的距離相當。早期地球本身基本上就是熔融且快速旋轉(zhuǎn)的，早期月球會在地球上掀起巨大的潮汐。

這些潮汐從地球的自轉(zhuǎn)中汲取能量，將其轉(zhuǎn)移到月球的軌道上，推動月球逐漸遠離地球，同時減緩了地球的自轉(zhuǎn)速度。這一過程至今仍在繼續(xù)——月球每年仍以約5厘米的速度遠離地球。

描繪了月球在潮汐加熱事件期間的藝術構(gòu)象圖。到處都有劇烈的火山活動。早期的地球在天空中顯得很大，因為它們相距更近。（圖/MPS / Alexey Chizhik）

當月球遠離地球時，它的軌道會經(jīng)過一些特定的位置點，在這些地方會出現(xiàn)短暫的軌道攝動?？茖W家通過研究這些軌道攝動，進一步驗證了這一假說，并揭示了月球形成和演化的歷史。

月球何時形成？

確定月球的確切形成時間，以及它是在何時遠離地球的，一直是一個復雜的問題。

科學家們試圖通過分析從月球采集的巖石樣本來揭示它的年齡。最古老的月球巖石大約有43.5億年的歷史，比太陽系的誕生晚了約2億年。許多地球化學家認為，這些巖石的年齡應該直接反映了月球的形成時間。

然而，并非所有科學家都認同這一觀點。例如，行星形成領域的一些理論模型表明，在太陽系形成后的頭2億年內(nèi)，行星就已經(jīng)清除了圍繞在太陽周圍的絕大部分物質(zhì)。在這樣的時間框架內(nèi)，像巖石樣本顯示的那樣晚期的巨大撞擊，似乎不太可能發(fā)生。

新的觀點

這正是新研究的切入點。研究人員跟進了2016年一項關于月球的研究，那項研究提出，月球在逐漸遠離地球的過程中，可能經(jīng)歷過極端的加熱事件。

這種加熱方式與木衛(wèi)一（木星的一顆衛(wèi)星）的加熱機制極為相似。在木星的強大潮汐作用下，木衛(wèi)一被擠壓和拉伸，其內(nèi)部升溫，并導致了劇烈的火山活動，使其成為太陽系內(nèi)火山活動最活躍的天體之一。同樣的，月球在地球潮汐力作用下，可能也經(jīng)歷了類似的內(nèi)部加熱過程。這就像橡皮球被反復擠壓會變熱一樣，這種潮汐加熱可能導致月球內(nèi)部的巖石顯著升溫。

所有巖石都含有微小的“內(nèi)部時鐘”——通過放射性元素的衰變可以測定其年齡。但如果月球經(jīng)歷了足夠強烈的潮汐加熱事件，這些“時鐘”可能會被重置，只有在巖石重新冷卻后才會再次開始記錄時間。

因此，測定為43.5億年的月球巖石，可能僅僅反映了月球經(jīng)歷潮汐加熱事件的時間，而非它的實際形成時間。這意味著月球的誕生時間必然更早！

月球開始是熔融的，然后冷卻下來，大約1億年后才重新加熱。這次加熱事件可能重置了由月球巖石記錄的年齡。（圖/Nimmo et al. / Nature）

更早的形成時間不僅符合行星形成理論物理學家的假設，同時也能解釋從巖石記錄中推測出的更晚的年齡。這種年齡差可以通過潮汐加熱過程來解釋，潮汐加熱導致了巖石時鐘的重置，從而使得這些巖石所記錄的年齡偏晚。

未來的探索方向

正如科學界常見的情況一樣，兩個研究小組同時提出了類似的觀點。刊登在《自然》上的這項研究認為，潮汐加熱事件發(fā)生在月球距離地球較遠時；而來自亞利桑那州立大學的一個研究小組則認為，這一過程發(fā)生在月球距離地球較近時。

要確定哪個假設是正確的，或者推翻這兩種假設，仍需要更多時間和研究。驗證這些假設需要從月球采集更多的樣本。幸運的是，中國的嫦娥六號任務在2024年6月成功帶回了月球背面的樣本。如果這些樣本的巖石年齡仍顯示出約43.5億年的數(shù)據(jù)，將支持這一研究的結(jié)論；如果年齡更大，則可能需要提出新的理論。

在地球和行星科學中，地球化學家和地球物理學家常常提出截然不同甚至互相矛盾的假說，部分原因在于它們使用不同的測量方法和科學語言?？朔@種語言障礙非常具有挑戰(zhàn)性。這項新的研究展示了如何彌合語言和學科之間的鴻溝，讓不同領域的科學家受益。

#創(chuàng)作團隊：

原文：Francis Nimmo

編譯：不二北斗

排版：雯雯

#參考來源：

https://theconversation.com/the-moon-might-be-older-than-scientists-previously-thought-a-new-study-shines-light-on-its-history-246085

https://www.nature.com/articles/s41586-024-08231-0

#圖片來源：

封面圖&首圖：NASA