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月球的年齡可能比科學家之前認為的要大；一項新的研究揭示了它的歷史

月球


月球的年齡可能比科學家之前認為的要大；一項新的研究揭示了它的歷史


月球的年齡可能比科學家之前認為的要大；一項新的研究揭示了它的歷史（圖片來源：Getty Images）
據《對話》（弗朗西斯·尼莫）：一位物理學家、一位化學家和一位數學家走進酒吧 。這聽起來像是一個糟糕笑話的開始，但就我而言，這是一個想法的開始，可以重塑科學家對月球歷史的看法 。
我們三個人都對月球感興趣 ， 但從不同的角度來看：作為一名地球物理學家，我思考了月球的內部；托爾斯滕·克萊恩研究了它的化學性質；Alessandro Morbidelli想知道月球的形成可以告訴我們45億年前行星是如何組裝的 。
當我們聚在一起討論月球的實際年齡時，擁有這些多重視角變得至關重要 。
月亮是怎么形成的？
20世紀80年代末，在夏威夷的一次會議上，一群科學家解決了月球是如何形成的問題 。他們的研究表明，一個火星大小的物體撞擊了早期的地球，將熔融物質拋入太空 。這種發光的物質聚集成現在被稱為月球的物體 。
這個故事解釋了很多事情 。首先 ， 月球上幾乎沒有容易蒸發的物質，比如水，因為它開始時是熔融的 。它只有一個很小的鐵芯 ， 因為它主要是由地球的外部形成的，而地球的外部鐵含量很低 。它有一個漂浮的白色外殼，由熔融的月球凝固時漂浮到表面的礦物質制成 。
這顆發光的新形成的月球最初離地球很近，大約與電視衛星的軌道距離相當 。早期的月球會在早期的地球上引發巨大的潮汐，而早期的地球本身大部分都是熔融的 ， 并且旋轉得很快 。
這些潮汐從地球自轉中吸收能量，并將部分能量轉移到月球軌道上，緩慢地將月球推離地球 ， 減緩地球自轉 。這一運動至今仍在繼續——月球每年仍會從地球上后退約兩英寸 。
當月球離開時，它會經過軌道暫時受到干擾的特定點 。這些軌道擾動是其歷史的重要組成部分，也是我們假設的關鍵部分 。
月亮是什么時候形成的？
月球何時真正形成并遠離地球是一個棘手的問題 。
多虧了阿波羅宇航員，科學家們收集到了可以測量其年齡的月球巖石 。最古老的巖石都有43.5億年的歷史 ， 大約是太陽系誕生后的2億年 。
許多地球化學家，比如我的同事托爾斯滕·克萊恩，都認為（并非不合理）這些巖石的年齡與月球的年齡相同 。
但像研究行星形成的亞歷山德羅·莫比代利這樣的人不太喜歡這個答案 。在他們的模型中，早在2億年過去之前，行星就席卷了早期太陽系周圍漂浮的大部分物質 。巖石樣本顯示，在如此晚的時間發生巨大的、形成月球的撞擊似乎不太可能 。
我們有什么建議？
這就是克萊恩、莫比德利和我介入的地方 。我們跟進了2016年一項研究的建議，該研究發現 ， 月球在從地球緩慢向外移動的過程中可能偶爾會經歷極端加熱事件 。
這種加熱的方式與木星火山活動過度的衛星木衛一上的加熱方式相同 。較小的天體的形狀被來自大天體的潮汐擠壓和拉伸 。就像一個橡膠球，如果你擠壓得足夠緊，它就會變暖 ， 木衛一和月球上的巖石也是如此 。
所有巖石都含有很少的內部時鐘——放射性元素會衰變，使研究人員能夠判斷巖石的年齡 。但關鍵在于：如果月球溫度足夠高，它的時鐘就會失去記憶，只有在月球再次冷卻后才會開始記錄時間 。
因此，在這張照片中 ， 年齡約為43.5億年的巖石堆積并沒有告訴我們月球是什么時候形成的，而只是告訴我們月球何時經歷了潮汐加熱事件 。這意味著月球的形成一定發生在更早的時候 。
早期的形成日期滿足了研究行星形成的物理學家的要求，同時解釋說，從巖石中記錄的晚期日期是由于潮汐再加熱造成的 。
接下來呢？
正如科學界經常發生的那樣 ， 兩個小組同時提出了類似的想法 。我們的團隊專注于月球離地球很遠時發生的潮汐加熱事件，而亞利桑那州立大學的Steve Desch的研究則指出了月球離地球更近時發生的事件 。弄清楚這兩個假設中哪一個是正確的需要一些時間，也許兩者都不正確 。
測試這些假設需要更多的月球樣本 。幸運的是 ， 中國的嫦娥六號任務剛剛在2024年6月從月球的黑暗面返回了樣本 。如果這些樣本也顯示出許多巖石的年齡都在43.5億年前左右，這與我們的故事是一致的 。如果年齡大得多 ， 我們就得想出一個新故事 。
在地球和行星科學中，地球化學家和地球物理學家經常得出不同且相互矛盾的假設 。這部分是因為這些領域使用不同類型的測量方法，但也因為它們使用非常不同的科學語言 ?？朔@種語言障礙是困難的 。
我們的研究是一個例子，說明有時彌合語言和科學鴻溝如何使雙方的研究人員受益 。