50年前阿波罗号带回的岩石揭示了月球与地球惊人的化学相似性。阿姆斯特丹自由大学的研究者通过模拟极高温高压环境，试图破解大碰撞理论中月球起源的未解之谜。
即便距离美国国家航空航天局的Apollo17号登月舱从月球表面起飞已经过去了半个世纪，行星科学家们依然没能完全弄清楚我们的月球究竟是在何时、又是如何形成的。虽然人类早在几十年前就已踏足月球表面，但它的起源问题至今仍未盖棺定论。
目前科学界达成共识的是，月球的诞生涉及一次剧烈的天体撞击。大约在45.1亿年前，一个被称为忒伊亚的巨大撞击物撞击了地球。关于忒伊亚的块头，科学家的估计跨度很大，从水星大小到现今地球的一半大小不等。最新的流体动力学模型表明，一个较大的撞击物或许能更好地解释一个谜团，那就是为什么Apollo计划带回的月球岩石在化学成分上与地球上富含橄榄石的火山玄武岩如此相似。
阿姆斯特丹自由大学的月球与行星科学家Wim van Westrenen指出，这次巨大的撞击彻底重置了地球的历史。在撞击初期，最初的月球只是一个温度高达数千摄氏度的炽热岩浆球。由于当时它甚至还没凝固成岩石，必须等到冷却后才能形成矿物，这给确定矿物的年代带来了巨大挑战。
即便如此，科学家们依然从Apollo岩石样本中挖掘到了宝贵的信息。最著名的样本之一是1971年由Apollo15号宇航员采集的创世之石，它的年龄高达44.6亿年。这块岩石几乎完全由白色的斜长石组成。因为斜长石非常轻，当月球还是岩浆海洋时，这种矿物会漂浮到表层，就像热汤上的浮沫一样。这解释了为什么我们在地球上看月球时，它会呈现出白色的反光，因为我们看到的其实是古代巨大岩浆体顶部的结晶反射。
Wim van Westrenen的实验室通过模拟月球内部的高温高压环境，试图重现月球的演化过程。他认为，整个月球最初可能都是熔融状态的，这种深达1700公里的岩浆海洋一直延伸到月球中心。在实验室里，研究人员利用石墨产生电流，将微小的样本加热到1700°C以上，这比普通烤箱要热5倍。同时，他们还能模拟出25万个地球大气压的极端压力，而月球内部的最大压力仅为5万个大气压。这意味着科学家在实验室里就能完成一场通往月球核心的虚拟旅行。
然而，理解地月系统的形成仍面临一个核心难题：虽然数值模拟可以重现当今地月系统的物理特征，但在化学成分上却对不上号。经典模拟预测月球应该具有与地球截然不同的化学成分，但现实中的月球岩石却比理论预测的更像地球。
按照主流范式，如果撞击发生在地球基本成型之后，月球应该是高速撞击的产物。或者在那时，地球只完成了一半，忒伊亚的撞击补全了地球的另一半。在这种情况下，月球应该是由撞击后环绕地球运行的一小部分碎片形成的。经典模型预测，这些碎片大部分应该来自忒伊亚，而非地球。
为了形成月球，忒伊亚需要以一种斜向切入的方式撞击地球，其中一半的物质撞入地球，另一半则掠过地球并进入轨道。但在这种情形下，月球主要应由来自忒伊亚的岩石构成，这显然与地质学家的观测结果相悖。忒伊亚原本应来自太阳系的其他地方，它的化学指纹理应与地球不同，可月球和地球在化学性质上却表现得异常相似。
每个人都能看到月球，但并非每个人都能意识到它的形成与我们星球的历史息息相关。揭开月球的身世之谜，本质上也是在寻找人类家园的来龙去脉。
本文译自 sciencealert，由 BALI 编辑发布。
