研究认为地球引力带来的潮汐加热曾让月球"回炉重造"

艺术家绘制的月球在潮汐加热事件期间的样子。 到处都会有激烈的火山活动。 由于距离较近，早期的地球在天空中会显得更大。 图片来源：MPS / Alexey Chizhik

月球的真实年龄仍然是一个不解之谜。 从月球表面采集的样本表明，月球大约形成于 43.5 亿年前，大约是太阳系开始形成后的 2 亿年。

然而，科学家们对这一时间线产生了疑问。 在太阳系混乱的早期，碎片和行星体之间的碰撞导致了行星的形成。 到了 2 亿年前，大部分碎片已经被吸收到更大的天体中。 因此，许多模拟太阳系演化过程的研究人员认为，在太阳系演化过程的后期不太可能发生大规模碰撞，比如人们认为形成月球的那次碰撞。

在12月18日发表于《自然》（Nature）的一篇"构想论文"中，加州大学圣克鲁斯分校教授弗朗西斯-尼莫（Francis Nimmo）和他的合著者为这种差异提出了一种可能的解释：43.5亿年前，由于地球的潮汐拉力造成了大范围的地质动荡和剧烈加热，月球经历了一次"回炉重造"。 他们说，这种重熔会"重置"月球岩石的年龄--掩盖月球的真实年龄，就像火山整容一样。

地球和行星科学教授尼莫说："我们预测，不应该有任何月球岩石的年龄超过43.5亿年，因为它们应该经历了同样的重置。因为这次加热事件是全球性的，所以不应该在月球上的任何地方找到比这更古老的岩石。"

千百年来，月球一直令人类着迷。近几个世纪以来，人们开始思考月球是如何形成的，又是何时形成的。 将宇航员送上月球的原因之一就是为了回答这个问题。 月球也是我们了解更遥远天体的发光垫脚石。 但是，如果我们连月球的年龄都无法确定，又如何能确信月球以外的任何物体的确切年龄呢？

月球被认为诞生于早期地球与一颗火星大小的原行星的碰撞--这是我们星球历史上最后一次巨大的撞击。 通过对月球岩石样本进行年代测定，推测其结晶于撞击后存在的月球岩浆海洋，从而估算出这一事件发生的时间，将月球的年龄定为大约 43.5 亿年。然而，这个年龄没有考虑到与热模型和其他证据的一些差异，例如月球表面一些锆石矿物的年龄，这些证据表明月球的年龄可能高达 45.1 亿年。

尼莫和他的同事们假设，月球轨道演变驱动的重熔事件可以解释为什么经常出现约 43.5 亿年前的岩石--如美国阿波罗任务和其他任务收集的岩石--而不是月球岩浆海洋的首次凝固。

在他们的论文中，作者利用建模表明，月球可能在大约43.5亿年前经历了足够的潮汐加热，导致了这种重熔现象，这可能会"重置"这些月球样本的表观形成年龄。

潮汐加热是指两个天体之间的引力引起内部摩擦，从而导致强烈加热的过程。 对于月球来说，在其早期历史中，当它更靠近地球时，这种效应可能会更加明显。 根据最新的模型，在月球早期的某些时期，月球的轨道会不稳定，导致它经受来自地球的强烈潮汐力，从而可能导致重大的加热事件，极大地改变月球的地质。

研究小组将月球上的这种假想加热事件与目前在木星卫星木卫一上观测到的火山活动相提并论，木卫一被称为太阳系中火山最活跃的天体。 木卫一上的火山活动是由潮汐力驱动的，这可能与月球早期的历史相似，火山活动广泛，表面不断被喷发重塑。

研究人员还说，月球的重熔可以解释为什么早期轰击造成的月球撞击盆地比预期的要少，因为它们会在加热事件中被抹去。 作者认为，这种解释将表明月球的形成发生在 44.3 亿年前到 45.3 亿年前，也就是之前估计的年龄上限。

尼莫说，下一阶段的研究将涉及更复杂的模拟，以完善我们对潮汐加热可能如何重置月球地质时钟的理解。 这将与未来任务中采集的更多月球样本一起，揭示月球的真实年龄。

这就是为什么中国的嫦娥六号任务最近令人兴奋地返回了月球样本。 这些从月球远端采集的样本将为了解塑造月球历史的过程提供宝贵的数据。 研究人员尤其渴望看到这些新样本是否支持潮汐加热导致全球重置事件的观点。

尼莫的研究小组还设想进行更详细的建模，以进一步探索潮汐加热对月球地质的影响。 虽然最初的模型很有希望，但要充分了解这些加热事件的范围，还需要进行更复杂、更逼真的模拟。

这篇论文不仅对月球的过去提供了一个全新的视角，而且为对月球的形成和演化进行更细致的研究打开了大门。 地球化学和模拟建模之间的相互作用正在帮助科学家填补月球历史的空白，潮汐加热正在成为了解月球地质特征的一个关键机制。

尼莫说："随着更多数据的获得--特别是正在进行的和未来的月球任务所提供的数据--对月球过去的了解将继续发展。我们希望我们的发现能引发进一步的讨论和探索，最终让人们更清楚地了解月球在太阳系历史中的地位。"

编译自/ScitechDaily