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月球的形成时间比人们想象的要晚1亿年,其岩浆海洋深度超过

地球的天然卫星是由年轻的地球和一颗原行星碰撞产生的碎片形成的。

在这个过程中,月球的温度上升到1000公里深的岩浆海洋,然后需要2亿年的时间凝固。

利用一种新的数值模型,来自德国太空研究中心和马沙姆大学的科学家们已经能够将这些事件与月球形成的时间联系起来。

他们发现月球形成于44.25亿年前,比之前认为的晚了近1亿年。

重点:行星研究,行星地球物理,建模,空间

月球的形成时间比以前认为的要晚一点。当一颗火星大小的原行星在与年轻的地球的碰撞中被摧毁时,在这次大灾难中喷射出的碎片中产生了一颗新的星体。月亮。德国航空航天中心的行星地球物理学家;由马克西姆·莫里斯领导的研究小组和Mü nster大学的研究人员使用了一种新的数值模型来重现事件发生的时间。44.25亿年前。之前关于月球形成的假设是基于45.1亿年的年龄–这比新的计算结果早了8500万年。科学家们今天在科学杂志《科学进展》上报告了这一情况。

45亿年前,太阳系还是一个相当混乱的地方。地球仍在增长到它现在的大小,以所谓的星子的形式收集物质。它们之前形成于围绕早期太阳运转的尘埃和气体盘。年轻的地球凝固了,内部变得越来越热。越来越多的岩石地幔融化,形成了岩浆海洋。就是在这个时候,地球获得了一颗自然卫星,这颗卫星至今仍在围绕它运行。地球和一颗原行星之间的巨大宇宙碰撞导致岩石从年轻的地球中喷射出来。最终,这些碎片聚集在一起形成了一个新的行星体–月亮。

原则上,大多数科学家对月球是如何形成的看法是一致的,但对于月球形成过程的细节却不一致,尤其是对于月球形成的时间。我们最新的模拟结果表明,年轻的地球在45.67亿年前太阳系诞生后约1.4亿年被一颗原行星撞击。马克西姆·莫里斯在总结团队的调查时说。根据我们的计算,这发生在44.25亿年前。有2500万年的不确定性–月亮诞生了。

那时,地球刚刚发展成为一颗行星。在这个发展过程中,沉重的金属成分下沉到它的中心,形成了铁和镍的核心,它被硅酸盐岩石的厚厚的地幔所包围。地幔岩在吸积作用下变得越来越热。mdash;物质的团聚以及放射性元素衰变产生的热量。这使得金属和硅酸盐在几千万年内就能在地球内部分离。

一个行星的靶心造成了月球的形成

在这个阶段,地球被忒亚(Theia)撞击,忒亚是一颗可能有火星大小的原行星。忒亚是希腊神话中的提坦神之一,是月亮女神塞勒尼的母亲。在太阳系早期,应该有很多这样的天体。其中一些是从太阳系中喷射出来的,而另一些则因与其他天体的碰撞而毁灭。然而,忒亚撞击了地球,导致行星的地幔喷发出大量物质,从而形成了月球。在这次猛烈的撞击中,几千公里深的炽热熔岩海洋形成了。今天,在这次碰撞之后,忒亚已经没有留下任何痕迹。

重建月球的形成是如何被这一事件触发的,需要大量的想象力和创造力。这两个天体的碰撞,以其巨大的能量,从地球早期地幔蒸发了大量的岩石。这些尘埃被喷射出来,聚集在地球周围的一圈尘埃中,然后在那里重新聚集形成岩石。由此,月球在很短的时间内就形成了,可能仅仅几千年,DLR行星研究所行星物理系的负责人、该研究报告的合著者Doris Breuer解释道。

最古老的月球岩石还不够古老

科学家们对月球形成的历史大体上是一致的。然而,他们并不能准确地确定它的年代,因为六次阿波罗任务和三次苏联月球机器人任务的宇航员带回地球的月球岩石中,没有一块能直接记录这颗地球天然卫星的年龄。德国太空研究中心和曼彻斯特大学的研究人员通过一种新的间接方法确定了月球形成的时间。我们的计算表明,这种情况极有可能发生在地球形成的末端,该研究的另一位合著者萨布丽娜·施温格在描述事件的时间顺序时说。

不仅是地球在它的早期有岩浆海洋。从吸积中获得的能量也导致了月球上岩浆海洋的形成。月球几乎完全融化,和地球一样,被超过1000公里深的岩浆海洋所覆盖。岩浆海洋迅速开始凝固,并在表面形成了一层漂浮的轻质晶体外壳。其《;interface’寒冷的空间。但是,在这种绝缘的地壳下,它减缓了岩浆海洋的进一步冷却和凝固,月球在很长一段时间内保持着熔融状态。直到现在,科学家们还不能确定岩浆海洋需要多长时间才能完全结晶,这就是为什么他们不能确定月球最初形成的时间。

为了计算月球岩浆海洋的寿命,科学家们使用了一种新的计算机模型,该模型首次全面考虑了岩浆凝固过程。模型的结果表明,月球的岩浆海洋是长期存在的,花了近2亿年才完全凝固成地幔岩。马克西姆莫里斯说。时间尺度比以往研究计算的要长得多。该研究的第二作者、马克西姆·毛里斯博士论文的导师尼古拉·托西(Nicola Tosi)补充道,这篇论文是本科学报告的基础。旧的模型给出的凝固期只有3500万年。

凝固模型揭示了月球和地球的年龄

为了确定月球的年龄,科学家们必须更进一步。他们计算了岩浆海洋凝固过程中形成的富含镁和铁的硅酸盐矿物的成分如何随时间变化。研究人员发现,随着凝固过程的进行,残余岩浆海洋的成分发生了剧烈变化。这一发现意义重大,因为它使研究人员能够将月球上不同类型岩石的形成与月球岩浆海洋演化的某个阶段联系起来。通过将测量到的月球岩石成分与模型中预测的岩浆海洋成分进行比较,我们能够追溯海洋的演化到月球形成的起点。塞布丽娜施温格解释道。

研究结果表明,月球形成于44.25亿年前。月球的确切年龄与之前用铀-铅法确定的地球金属核形成年龄惊人地一致,地球行星的形成就是在这个年龄完成的。这是第一次将月球的年龄与发生在地球形成末期的事件直接联系起来,也就是地核的形成。来自Münster大学行星研究所的Thorsten Kleine说。

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参考译文:年轻的月球上存在着漫长的岩浆海洋作者:M. Maurice, N. Tosi, S. Schwinger, D. Breuer and T. Kleine, 2020年7月10日,《科学进展》

DOI: 10.1126 / sciadv.aba8949

这项工作是在跨区域合作研究中心trr170的框架内进行的。以及赫姆霍兹青年研究小组的地行星早期动力学研究。由德国研究基金会和德国研究中心Helmholtz协会资助。

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