新研究表明，忒伊亚和地球是邻居
早期地球与忒伊亚碰撞的艺术家印象。来源：uux.cn/MPS / 马克·A·加里克
（神秘的地球uux.cn）据马克斯·普朗克协会：大约45亿年前，地球历史上最重大的事件发生了：一个名为忒伊亚的巨大天体与年轻的地球相撞。碰撞的经过及事故发生后具体情况尚未有定论。但可以确定的是，地球的大小、成分和轨道因此发生了变化——这次撞击标志着我们在太空中恒久伴侣——月球的诞生。
究竟是什么样的天体如此戏剧性地改变了我们星球的发展进程？忒伊亚有多大？它由什么做的？它从太阳系的哪个部分飞向地球？
找到这些问题的答案很困难。毕竟，忒伊亚在碰撞中被彻底摧毁了。尽管如此，至今仍可发现其痕迹，例如在现今地球和月球的组成中。
在发表在《科学》杂志上的一项研究中，由马克斯·普朗克太阳系研究所（MPS）和芝加哥大学领导的研究人员利用这些信息推断出忒伊亚可能的“成分列表”——也就是其来源地。
MPS主任兼新研究合著者托尔斯滕·克莱内表示：“一个身体的组成记录了其整个形成历史，包括起源地。”
某些金属同位素在物体中的比例尤其具有启示性。同位素是同一元素的变体，它们的区别仅在于原子核中中子的数量，因此重量也不同。
在早期太阳系中，某种元素的同位素分布可能并不均匀。例如，在太阳系的外缘，同位素的出现比例与太阳附近略有不同。因此，关于其原始构件起源的信息存储在物体的同位素组成中。
在地球和月球寻找忒伊亚的踪迹
在这项研究中，研究团队以前所未有的精确度确定了地球和月球岩石中不同铁同位素的比例。为此，他们检查了15块类地岩石和6个月球样本，这些样本是阿波罗任务的宇航员带回地球的。
这一结果并不令人惊讶：正如之前对铬、钙、钛和锆等同位素比的测量所示，地球和月球在这方面几乎无法区分。
然而，这种极大的相似性并不允许对忒伊亚做出任何直接的结论。碰撞的可能情景实在太多了。尽管大多数模型假设月球几乎完全由忒伊亚的物质形成，但也有可能主要由早期地球地幔的物质组成，或者地球与忒伊亚的岩石不可分离地混合在一起。
行星的逆向工程
为了更多地了解忒伊亚，研究人员对行星进行了一种逆向工程。基于当今地球岩石和月球岩石中匹配的同位素比，团队分析了忒伊亚的哪些成分和大小，以及早期地球的哪种成分可能导致了这一最终状态。
在他们的研究中，研究人员不仅关注了铁同位素，还关注了铬、钼和锆的同位素。不同的元素可以进入行星形成的不同阶段。
早在与忒伊亚的毁灭性遭遇之前，早期地球内部就发生了一种分院过程。随着铁芯的形成，铁和钼等元素在此积累;此后，它们在岩石地幔中大多消失。
因此，今天在地幔中发现的铁只能在地核形成之后到达，例如在忒伊亚号上。其他元素如锆，虽然没有沉入核心，却记录了我们地球形成的整个历史。
陨石作为参考
在通过计算得出的忒伊亚和早期地球的数学可能组成中，有些可以被排除为不合理。
“最有说服力的说法是，地球和忒伊亚的大部分构件起源于内太阳系。地球和忒伊亚很可能是邻居，“MPS科学家、新研究的主要作者蒂莫·霍普说。
虽然早期地球的组成主要可表现为已知陨石类别的混合，但忒伊亚并非如此。不同的陨石类别起源于外太阳系的不同区域。因此，它们成为早期地球和忒伊亚形成期间可用建筑材料的参考材料。
然而，在忒伊亚事件中，可能还涉及了之前未知的材料。研究人员认为这种物质的起源比地球更接近太阳。因此，计算表明忒伊亚起源于太阳附近，而非地球。
更多信息：Timo Hopp等人，《造月撞击体Theia起源于太阳系内》，《科学》（2025）。DOI：10.1126/science.ado0623。www.science.org/doi/10.1126/science.ado0623
