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日本研究机构发现月球有可能来自地球岩浆海洋

2019年05月17日 海洋宇宙
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日本国立研究开发法人海洋研究开发机构(JAMSTEC)、神户大学及理化学研究所对被认为是地球和月球形成原因的大碰撞说进行了计算机模拟,结果发现月球可能是由原始地球的岩浆海洋(Magma Ocean)构成的。

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目前的地球和月球被认为是46亿年前两个天体发生大碰撞后形成的。大碰撞说能解释地球和月球的各种特征,因此研究人员通过计算机模拟进行了多方面的验证。但后来的研究显示,阿波罗探月卫星从月球带回的岩石中所含的各种元素同位素比测量结果,与以前基于大碰撞说实施的计算机模拟结果相互矛盾。

本次研究改良了基于以前的标准大碰撞说的模型,全球首次在假设原始地球上存在岩浆海洋的情况下,实施了大碰撞计算机模拟(图1)。结果表明,岩浆海洋可能在月球的形成中发挥了巨大作用,由此可以解释地球与月球的同位素比问题。

日本研究机构发现月球有可能来自地球岩浆海洋

图1:大碰撞的数值计算结果。橘红色为地球岩浆海洋物质,蓝色为来自天体的物质

本次研究着眼于在大碰撞后形成的月球材料中,来自原始地球的物质占多大比例,以及这个比例在存在和不存在岩浆海洋的情况下会发生多大程度的变化。模拟计算的结果显示,大碰撞时地球上存在岩浆海洋的情况下,地球的岩浆海洋对圆盘的形成做出了巨大贡献(图2)。发生碰撞后,地球上存在的岩浆海洋中的岩浆喷射到太空中。随着喷出的岩浆成为月球的材料——圆盘,形成了来自原始地球的物质占比较高的圆盘。而撞击地球的天体在发生第一次碰撞后不久再次撞击地球,并最终与地球融为一体。

日本研究机构发现月球有可能来自地球岩浆海洋

图2:成为月球材料的物质的质量及起源的时间演变。橘红色为地球岩浆海洋物质,蓝色为来自天体的物质

研发小组以不同的碰撞角度和速度调查了图1的计算结果,调查显示,如果有岩浆海洋的存在,月球材料——圆盘中来自原始地球的物质的比例就会升高(图3)。这个结果表明,原始地球发生大碰撞时,原始地球上存在岩浆海洋,可以有效解释地球与月球的同位素比问题。

日本研究机构发现月球有可能来自地球岩浆海洋

图3:从不同的碰撞角度和碰撞速度进行计算,根据计算结果获得的圆盘质量及来自原始地球的物质比例

相关成果已于4月29日发布在英国科学杂志《自然-地球科学》(Nature Geoscience)上。(日文发布全文

文:JST 客观日本编辑部

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