月亮是我们在浩瀚、不可知的宇宙中最亲密的伴侣,然而,经过几个世纪的假设,我们仍然无法确定我们的小月球卫星最初是如何形成的。
在寻找能够一劳永逸地解开这个谜团的实际经验证据的过程中,研究人员有了一个相当意外的发现——人类第一颗核弹所产生的条件与形成月球的剧烈化学反应非常相似。
到现在几十年了,关于月球形成的主要假设是,我们的月球卫星是月球形成的结果灾难性碰撞位于地球和一个假设的、火星大小的名为忒伊亚的天体之间。
这是大多数科学家都能达成一致的设想,但仅就真正可靠的预感达成共识还不够——为了证明月球是这样形成的,我们需要确凿的证据将其从假设变为现实。
忒伊亚是一个大问题——这颗假想的行星被认为猛烈地撞击了地球,导致它分解成小碎片,这些碎片要么飞入太空形成月球,要么与地球地质混合,然后这种混合物喷射到太空形成我们的月球。
无论你认为哪种情况最有可能发生,目前还没有发现忒伊亚遗骸的明确证据。 但如果我们至少能证明大爆炸确实发生过,我们就能取得一些进展。
我们最大的领先优势之一是挥发物- 沸点极低的有机化学物质,被认为是由于碰撞而从早期月球中蒸发出来的。
这一假设是基于这样一个事实,即今天月球岩石中的挥发物含量(例如水和锌)出人意料地低,而地球上的挥发物含量却非常丰富。
但科学家如何模拟足以证明这一点的爆炸呢? 进入三位一体- 第一次核武器爆炸的代号。
加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋学研究所的詹姆斯·戴 (James Day) 表示:“我突然意识到,如果我们要进行大型实验,就需要足够大的实验才能看到[这种效应]。”告诉边缘。
“实验室实验几乎无法达到如此高压高温的条件。”
戴和他的团队怀疑新墨西哥州三位一体试验场的遗迹——1945 年第一颗钚弹就是在这里引爆的——可能反映了形成月球的那种爆炸的条件。
正如莉亚·克兰 (Leah Crane) 报道的那样新科学家,爆炸释放出相当于 20 千吨 TNT 的能量,并使炸弹周围区域的温度超过 8000°C (14,432°F),压力接近 80,000 个大气压。
“这已经是我们所能想象到的最接近早期太阳系行星体的条件了。”戴告诉她。
爆炸下方的沙子融化成一层薄薄的绿色放射性玻璃,称为 Trinitite,研究人员从距零地 10 至 250 米(32 至 820 英尺)的地方收集了样本。
三位一体样品。 图片来源:Day 等人。 知道 副词。 2017年
然后他们分析了这些样本,看看它们在爆炸中损失了多少挥发物。
“我们的预期是,当我们测量这些三聚体、这些在核爆炸中形成的玻璃时,我们要么什么也看不见?事实上,我们关于这一事件期间存在挥发性损失的假设是错误的,”戴告诉《基督教科学箴言报》的伊娃·博特金-科瓦奇。
另一种可能性是,他们会看到与巨型撞击模型计算出的相同的理论值,戴说这是“令人震惊”与阿波罗任务带回的月球岩石相比,玻璃的锌成分有多接近。
他们不仅发现,三硝石形成的时间越接近,其所含的锌就越少,而且三硝石中锌的比例与月球岩石中发现的锌比例非常相似。
事实上,他们发现锌的重同位素和轻同位素在爆炸过程中彼此分离的程度完全匹配。
“结果表明,类似于行星形成之初的高温蒸发,会导致挥发性元素的损失,并导致事件剩余材料中重同位素的富集,”戴在一份新闻声明中说道。
“这是传统观点,但现在我们有实验证据证明这一点。”
虽然该实验确实为巨大爆炸可能是月球形成的原因这一事实提供了支持证据,但仍然存在一些巨大的空白——忒伊亚存在的证据仍然难以捉摸,而且批评者提出质疑如果使用类似的证据是个好主意。
但研究小组发现的三位一体岩和月球岩石之间的相似之处很有趣,地球历史上的这一重大事件很可能为我们指明寻找月球真相的正确方向。
“我们利用改变历史的事件来获得科学利益,从 70 多年前永远改变人类历史的事件中获得了新的重要科学信息,”戴说。
该研究发表于科学进步。