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天文新知

月球可能比之前認為的還要老

1969年7月21日阿波羅11號登月成功,只逗留在月表數小時,採集後帶回地球的月岩樣本總重就達21.55公斤左右,後續的其他阿波羅任務也帶回不少。在阿波羅任務首度成功登月的50週年後,這些樣本仍然帶給科學家不少驚喜,因為這些月岩樣本有著不同的成分,形成年代也不同,因此綜合這些月岩提供的訊息後,可以得知每塊月岩樣本相對於月球內部及其岩漿海固化的關係。

阿波羅12號任務收集的阿波羅第12054號樣本。Image credit: Maxwell Thiemens 2019
圖說:阿波羅12號任務收集的阿波羅第12054號樣本。Image credit: Maxwell Thiemens 2019

德國科隆大學(University of Cologne)地球科學家Maxwell Thiemens等人綜合分析來自不同次阿波羅任務帶回的月岩樣本的地球化學訊息後,測定月球形成年代應在太陽系形成後近5000萬年左右。目前已知太陽系開始形成時間大約是在45.6億年前,那麼月球就大概是在45.1億年前形成的。這個結果比先前測定的月球形成於太陽系形成後1.5億年還早,換句話說:如果這項研究結果為真,那麼月球將比之前認為的還要老1億歲。測定月球年齡是瞭解地球如何形成、何時形成以及在太陽系最早期如何演化的重要線索。

現行月球形成理論較偏向所謂的撞擊說,在地球形成早期,有顆火星大小的原行星劇烈撞擊地球,而後撞擊碎片逐漸聚集形成月球。新誕生的月球表面被岩漿海所覆蓋,當岩漿逐漸冷卻,形成各類岩石。所以從岩石的化學特性,可以反過來瞭解月球形成早期的歷史,進而瞭解太陽系行星的形成和演化歷史。

其中,Thiemens等人以稀有元素鉿(hafnium)、鈾(uranium)和鎢(tungsten)之間的相對關係做為探索工具,瞭解生成月海玄武岩時,岩石融化的數量有多少,尤以鉿和鎢最重要,因為鉿的同位素鉿-182會衰變成鎢-182,從這個放射性衰變的半衰期可進行岩石的定年工作。這個放射性衰變主要發生在太陽系誕生後最初的7000萬年,所以從各個不同的月岩獲得的鉿與鎢含量,再與實驗室模擬的結果進行比對,這才得出早在太陽系形成後約5000萬年,月球就已經開始進入固化的階段,這也顯示原行星劇烈撞擊地球的時間點是在這個固化階段之前,徹底解決了長久以來關於月球形成時間的科學爭辯。
資料來源:University of Cologne

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