造成月球的撞击残骸可能位于地球深处

长期以来，科学家们一直认为月球是在大约 45 亿年前一颗名为 Theia 的原行星撞击地球时形成的。现在，一组科学家提出了一个具有挑战性的新提议：可以在深埋在地幔深处的两层大陆大小的岩石层中找到忒伊亚的遗骸。几十年来，地震学家一直对这两个斑点感到困惑，它们位于西非和太平洋下方，像一副耳机一样横跨地心。高达 1000 公里，宽数倍，“它们是地幔中最大的东西，”博士生袁钱说。亚利桑那州立大学 (ASU) 地球动力学专业的学生，​​坦佩。地震产生的地震波在穿过地层时会突然减慢，这表明它们的密度更大，并且在化学上与周围的地幔岩石不同。正如地震学家所称的那样，大型低剪切速度区 (LLSVP) 可能只是从地球原始岩浆海洋的深处结晶出来的。或者它们可能是在月球形成撞击的创伤中幸存下来的原始地幔岩石的致密水坑。但基于新的同位素证据和模型，袁认为 LLSVP 是外星撞击器本身的内脏。 “这个疯狂的想法至少是可能的，”袁说，他上周在月球和行星科学会议上提出了这一假设。多年来，这个想法一直在实验室走廊和会议厅里摇摆不定。但并未参与这项工作的 ASU Tempe 地震学家 Edward Garnero 表示，这是第一次有人整理多条证据并为此立案。 “我认为这是完全可行的，直到有人告诉我它不是。”来自冰岛和萨摩亚的证据表明 LLSVP 早在月球形成撞击时就已经存在，加州大学戴维斯分校的地球化学家 Sujoy Mukhopadhyay 说，他认为袁的想法是合理的，但对其他解释持开放态度。地震成像已经追踪到为两个岛屿上的火山提供能量的岩浆羽流，一直到 LLSVP。在过去十年中，Mukhopadhyay 和其他人发现岛上的熔岩含有放射性元素的同位素记录，这些同位素记录仅在地球历史的前 1 亿年形成。此外，一张月球形成撞击物的新照片表明，它可能在地球深处运送了一批致密的岩石。撞击理论是在 1970 年代发展起来的，用来解释为什么月球是干燥的并且没有太多的铁核：在灾难性的撞击中，像水这样的挥发物会蒸发并逃逸，而一圈密度较低的岩石会被抛出碰撞最终会合并成月球。该理论援引了一个火星大小的撞击器，或者——在最近的变体中——小得多。但袁的合著者、亚利桑那州立大学坦佩天体物理学家史蒂文德施最近的工作表明，忒伊亚几乎和地球一样大。在对阿波罗月球岩石的研究中，德施和他的同事测量了氢与氘（一种较重的氢同位素）的比率。他们发现，一些月球样本中的轻氢比地球岩石中的含量要多得多。他们在 2019 年的地球化学研究中提出，为了捕获并保持如此多的轻氢，忒伊亚一定是巨大的。它也一定非常干燥，因为任何在星际空间形成过程中天然富含重氢的水都会提高整体的氘含量。德施说，这样一颗干燥的大型原行星会分成具有贫铁核心和富铁地幔的层，密度比现在的地球高约 2% 到 3.5%。

甚至在袁得知德施的密度估计之前，他就在模拟忒伊亚的命运。他的模型表明，在碰撞之后，忒伊亚的核心将很快与地球的核心合并。他还探究了忒伊亚地幔的命运，改变了忒伊亚的大小和密度，以了解什么条件可以让物质持续存在，而不是混入并沉入地幔底部。模拟一致表明，地幔岩石的密度比地球大 1.5% 到 3.5%，最终会在地核附近形成堆。结果与德施的氘证据完全一致。 “这是密度的最佳点，”德施说。一个巨大的忒伊亚也可以解释 LLSVP 的规模，它们的质量是月球的六倍。袁说，如果它们是外星生物，那么只有像忒伊亚一样大的撞击器才能运送它们。然而，有许多警告，包括 LLSVP 本身的模糊证据。加州大学伯克利分校的地​​震学家 Barbara Romanowicz 和巴黎萨克雷大学的地球物理学家 Anne Davaille 建议，它们的桩状结构可能只是由依赖低频地震波的内部模型造成的错觉，这些地震波模糊了细微的差异。去年在构造学上的一项研究。这些桩可能不会上升到 1000 公里，而是可能只上升几百公里，然后分裂成分支的羽状物。 “它们可能有漏洞，”Romanowicz 说。 “它们可能是一捆管子。”加州大学伯克利分校的地​​球物理学家 Harriet Lau 说，更小或更少的整体 LLSVP 也与即将进行的分析一致，该分析发现 LLSVP 在底部最密集。该分析依赖于对地球深部进行成像的两种方式：使用 GPS 站测量月球潮汐拉力拉伸地球的方式，以及使用地震仪来感知地球的自然振动如何穿过深部地幔。 “也许密度背后的真实故事是分布深度，”她说。达勒姆大学的地震学家詹妮弗·詹金斯 (Jennifer Jenkins) 表示，较小的 LLSVP 可能会使 Theia 的大小几乎与原地球相当的想法复杂化。她补充说，袁的照片“与我们所知道的并不矛盾，但我并不完全相信。” Desch 说，该团队可以通过寻找岛屿熔岩和来自月球地幔的岩石之间的地球化学相似性来验证其想法。阿波罗的样本都没有捕捉到未改变的地幔，这也是科学家想要从月球南极最大的撞击坑中获取样本的原因之一，在那里可以挖掘出这样的岩石。美国宇航局和中国都在计划这十年的南极机器人任务，它是美国宇航局宇航员重返月球的主要候选地点。如果忒伊亚的遗迹确实位于地幔深处，他们可能并不孤单。地震学家越来越多地在地幔深处看到小而超致密的物质袋，它们只有几百公里宽，通常靠近 LLSVP 的边缘。詹金斯说，也许它们是来自撞击早期地球的其他微型行星的富含铁的内核的沉没残余物。事实上，忒伊亚可能只是行星墓地中的一座坟墓。

*更正，3 月 24 日，下午 1:30：这个故事的早期版本误报了钱远的博士学位。重点。