阿波罗筹划带回的382公斤样本,让迷信家发清楚明了甚么

阿波罗筹划带回的382公斤样本,让迷信家发清楚明了甚么
2019年07月20日 15:04 新浪科技-自媒体综合
在美国航空航天局约翰逊航天中间,保存着由“阿波罗”15号带回地球的一块月球岩石,它也是个中最大年夜的一块,编号15556在美国航空航天局约翰逊航天中间,保存着由“阿波罗”15号带回地球的一块月球岩石,它也是个中最大年夜的一块,编号15556

  1969年7月20日,美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗(Neil Armstrong)和巴兹·奥尔德林(Buzz Aldrin)分开“阿波罗”11号的登月舱,初次在月球外面留下人类的萍踪。在1969-1972年间,NASA成功履行6次登月义务,不只让人类的活动范围扩大至地球以外,还为天体范畴的研究供给了无尽的宝藏。

  阿波罗筹划中,宇航员陆续从月球带回了大年夜量的岩石样本,总重达382公斤。而在之前的59年间,美国陆续向全球145名来自不合范畴的迷信家寄送了月球岩石的样本。对这些样本停止深刻研究后,迷信家的发明极具颠覆性,能够会完全改写月球,乃至太阳系内行星的演变史。

  来源 | 全球迷信

  撰文 | 埃里克·贾文(Erica Jawin)

  翻译 | 彭昊 范焱

  审校 | 李世杰

  关于阿波罗筹划,最冲动人心的在于人类第一次将本身的足迹留在了月球上。但在迷信范畴,它最大年夜的供献在于来自月球的岩石,远行的宇航员搜集了大年夜量不合的样品,把它们带回了地球。收集的样品合计382公斤,包含岩石和月壤(在月球外面的一厚层物质,由破裂的岩石和尘埃构成),把这些样品叫做宝藏一点也不为过。经过过程在实验室中研究来自月球的样品,我们确立了现代行星迷信,这也为熟悉各类行星的地质演变过程供给了深刻的洞见。

  瑞安·齐格勒(Ryan Zeigler)是美国航空航天局(NASA)阿波罗筹划的样品担任人。他表示,在之前50年间,NASA收到了3190份研究特别月球样品的请求,请求的迷信家逾越500名,至少来自15个国度。他还说,在几十年里,他们曾经向外发放了50 000多份特别的月球样品,今朝有145名不合范畴的迷信家正在研究8000多份月球样品,这些范畴涵盖了地理学、生物学、化学、工程学、材料迷信、医学和地质学。

  最重要的是,这些来自月球的岩石完全改变了我们对三大年夜成绩的熟悉:月球外面的性质、月球的来源和太阳系的演变。

管理员们将“阿波罗”15号样品从不锈钢存储柜的气闸中转出管理员们将“阿波罗”15号样品从不锈钢存储柜的气闸中转出

  40亿年不变

  在将登月舱和宇航员奉上月球之前,我们对这颗天然卫星的懂得主如果基于猜想,由于仅仅逗留在地球外面,严重限制了人们对月球的不雅察。

  先人的研究证明,遍及撞击坑的月球外面应当异常陈旧,由于须要花费数十亿年的时间才有能够构成如此浩大的撞击坑。当我们抵达月球后,也证明了这一点。随着月球的岩石样本被带回地球,地球化学家(假设专注研究地内行星的化学组分特点,则称为行星化学家)深刻分析了样本中的同位素构成(同位素会随着固准时间衰变,迷信家非常清楚这一点)。成果注解,来自月球的样品要比大年夜多半地球上的岩石更陈旧,年纪在30亿到45亿年之间。

  随后,行星迷信家建立了一套异常有效的模型,足以影响与月球或其他行星有关的后继研究。他们统计了“阿波罗”11号着陆点邻近的撞击坑数量,并用这个数据婚配对应地点的月岩年纪。完成婚配后,模型就可以肯定撞击坑在月球外面构成的速度。从“阿波罗”号带回来的样品就像是地质学界的罗塞塔石碑,在撞击坑数量和月球年纪之间建立了接洽。如今,迷信家可以不消抵达现场就可以预估月球(乃至其他行星)上任何地位的年纪。

  在月球上搜集的样品中,最陈旧的样品根本与月球本身的年纪类似,大年夜约为45亿年。由于地球上存在板块构造,会使地壳赓续轮回,所以地球上大年夜多半岩石的年纪都远远小于40亿年,而月球却不存在板块构造活动。是以我们可以管中窥豹,经过过程月球看到太阳系早期的陈旧岩石,乃至是地球早期的岩石。在本年三月的一项研究中,迷信家分析了从“阿波罗”14号带回来的角砾岩样品,发明个中一块能够根本就不属于月球。相反,这能够是第一块地球陨石,在40亿年前从地球飞出,不测降低在到了月球外面。经过数十亿年后,宇航员艾伦·谢泼德(Alan Shepard)捡起了它,又把它重新带回了家。

  月球的来源

  在阿波罗筹划之前,迷信家对月球的构成过程争辩不休,固然,争辩的核心也包含其他行星的卫星是若何构成的。或许是地球捕获了另外一颗靠得太近的星体;或许在构成的早期地球的转速太高,有一小块被甩了出去,与主体分别;或许地球与月球是同时构成的,都出生于产生太阳系中一切行星的“原行星盘”(protoplanetary disk)。但是,在阿波罗筹划以后,我们有了完全不合的熟悉。

“阿波罗”15号带回的样品15415,被称作“来源石”,它赞助迷信家们提出了关于月球来源的重要实际“阿波罗”15号带回的样品15415,被称作“来源石”,它赞助迷信家们提出了关于月球来源的重要实际

  今朝,在描述月球来源的实际中,最受迎接的一种被称为大年夜碰撞假说。这类假说基于阿波罗筹划时代搜集到的证据,认为大年夜约在45亿年前,一颗与火星差不多大年夜的行星体撞击了地球,招致本身碎裂并使部分地壳和地幔被放射到太空中。这颗假想中的行星被称为“忒伊亚”(Theia)。终究,被放射的物质和忒伊亚的残余物混淆在一路,聚分解了一颗星体,在冷却后构成了明天的月球。

  除大年夜量来自“阿波罗”号岩石样品的证据以外,还有很多月表实验也支撑这类猜想。详细包含:

  铁:月球缺铁的景象异常严重。当时阿波罗筹划曾在月表安排过行星物理实验。成果注解,与其他类地行星比拟,月球的内核体积异常小,仅占总半径的25%。这也暗示了月球内核缺乏铁质。或许,在大年夜碰撞产生时地球曾经构成了铁质的内核,仅给月球留下了很大批的铁。

  枯燥:来自月球的样品异常枯燥,简直一切挥发分都被剔除掉落了。挥发分是指易于挥发的低沸点元素或分子,比如水、二氧化碳、氮和氢。为了解释这类景象,有迷信家认为是大年夜碰撞时产生了巨大年夜的能量和热量,将月球上的挥发分带走了。

  岩浆洋:来自月球的样品让迷信家提出了大年夜量具有影响力的假说,岩浆洋假说就是个中之一,这个假说认为月球早期曾被岩浆陆地覆盖。“阿波罗”11号样品注解,月球洼地(外面通亮的洼地势地区,相关于外面阴霾并且向下沉的月海地区)含有大年夜量斜长石矿物,能够构成于一片大年夜型的岩石熔融体。由于在熔融体冷却的过程当中,斜长石较轻,可以或许漂浮在顶部。月表探测器还在其他地区发清楚明了这类岩石,是以这类岩石能够在月球洼地异常广泛。这或许解释,当时的岩浆层覆盖了月球外面的大年夜部分区域,乃至有能够完全覆盖。

  不过,一种新证据的出现使大年夜碰撞假说变得更复杂了,这类证据异样来自“阿波罗”号收集的样品,它注解月球上多种同位素的组分非常特别。在2001和2012年,研究者应用了一种叫做“激光氟化”(laser fluorination)的办法,发明钛和氧的同位素组分在地球和月球中简直是雷同的。假设月球只是忒伊亚和地球的混淆物,它为甚么具有和地球雷同的同位素构成?新的证据激起了新的想法主意,行星迷信家西蒙·洛克(Simon Lock)和莎拉·斯图尔特(Sarah Stewart)就在本期的另外一篇文章《月球来源:在岩石蒸汽中更生》中讲述了他们提出的“合星”模型。

  颠覆太阳系

  研究月球得出的结论异样也能够引申到其他行星体。个中最重要的或许是关于太阳系演变的尼斯模型(在法国尼斯提出,是以得名)。根据这个模型,太阳系外侧的巨行星在构成早期本来非常接近彼此。几亿年后,它们的轨道变得很不稳定,以致于土星、天王星和海王星敏捷向外分散,迁徙到了如今的轨道地位。它们离太阳的间隔也变得更远了。巨大年夜的行星在迁徙到如今的地位后,变得更接近太阳系外侧的柯伊伯带,因而它们把这片区域的物质向内拉,使陨石与太阳系内的行星和卫星产生撞击,并在全部太阳系中激起纷乱。

  这个模型听起来能够有些牵强,但它优雅地说清楚明了一系列我们在宇宙中不雅察到的景象。例如,经过过程给“阿波罗”号的样品定年、分析撞击坑的细节,迷信家发清楚明了一系列重要的景象。在月球构成7亿年时,太阳系内行星被陨石撞击的灾害性事宜抵达了巅峰,此次事宜也被称为“前期重轰炸”(late heavy bombardment)。最后,迷信家没法找到简单的解释,很难解释为甚么撞击会在这一时代迎来岑岭。尼斯模型却能处理这个成绩,它猜想的纷乱闯击期正好就产生在这个时代。

  除告诉我们太阳系的演变史,来自月球的样品还可以赞助迷信家研究行星外面的化学变更。“太空风化”(Space weathering)是指在没有大年夜气层的情况下,天体经历物理和化学风化的过程。细心分析来自阿波罗筹划的月壤样品后,迷信家发明月壤是由胶结物(agglutinates)、熔融玻璃和微型颗粒冲击构成的矿物碎屑构成的。随着时间推移,胶结物可以占成熟月壤成分的60%到70%。有一种微型金属铁球也是太空风化的产品,被称为纳米铁。它可以集合在月壤的外层,使外面变得昏暗。如今,我们曾经知道有很多身分可以形成太空风化,个中包含太阳辐射、温度的巨幅动摇,和微型陨石的赓续轰击。

  留给将来的样品

  如今,月球研究又迎来了冲动人心的时辰。就在本年,美国储藏的一切月球样品都将地下,个中一些样品自50年前被收集回来后就一向没有启封过。昔时,阿波罗筹划艰苦地带回了从月球收集到的岩石样本,NASA特地决定留下一部分保持密封,等待迷信技巧超出阿波罗时代后再进一步研究。

  本年三月,阿波罗新一代样品分析项目(ANGSA)选出了9个研究小组,并给他们分派了来自“阿波罗”15号、16号和17号收集到的样品,此前这些样品一向处于真空密封的状况。研究“新”的月球样品或许是一次全新的机会,让我们无机会发明加倍根本实际,进一步熟悉地球这颗天然卫星的构成和演变。

在“阿波罗”15、16和17义务时代搜集的5块个样品在“阿波罗”15、16和17义务时代搜集的5块个样品

  虽然今朝我们曾经从阿波罗号带回的样品和月表实验中获得了很多信息,但新开封的样品依然会为我们供给可贵的信息,固然,我们也急切地须要更多的样品。例如,我们还没有来自月球远端、极地区域,或许月球深部的样品。我小我有两块样品特别想要,一块是来自月球南极艾肯盆地的样品,另外一块则是极地陨石坑中的冰块。南极艾肯盆地是月球上公认的最大年夜撞击盆地,也是太阳系中最大年夜的撞击盆地之一,盆地外部能够包含来自下月壳乃至月幔的物质。研究南极艾肯盆地有助于我们熟悉这类巨型的盆地,并懂得它们是若何影响行星体的外面和外部构造的。假设将来能将极地的冰块样品带回地球,不只可以告诉我们这些水的来源和年纪,或许还能让我们弄清地球上的水是从哪里来的。

  不管是经过过程载人飞翔照样机械人,都有能够在将来完成这份关于月球样品的欲望清单。至于哪一种筹划更好,行星迷信家还没有杀青共鸣。详细来讲,部分迷信家认为机械人比载人义务更便宜、更安然,也更有可持续性。而另外一方则认为,人类比机械人聪慧,能遴选出更多种类、更具地质学意义的样品,阿波罗筹划带回的样品就很好地证清楚明了这一点。

  阿波罗筹划代表了一项独特的成就,从根本上改变了我们对太阳系的看法。在庆贺人类完成这项巨大年夜的奔腾50周年之际,我们也要认识到,从1972年12月14日履行完阿波罗17号的义务以来,就再也没有人踏上另外一颗行星了。作为一名深受这项任务启发的迷信家,我欲望尽力地创造出属于我们这一代人的阿波罗时辰:看到人类再次登上月球,应用聪慧才干、坚持不懈的信念和猎奇心,摸索一切未知。

  本文作者:埃里克·贾文是美国史密森尼国度天然汗青博物馆的博士后研究员、地质学家。

  本文审校:李世杰,中国迷信院地球化学研究所助理研究员,重要从事陨石学与行星来源演变研究。

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