科学家揭开地球与神秘行星撞击产生月球的秘密

早期地球与忒伊亚碰撞的艺术家印象。图片来源：uux.cn/MPS / 马克·A·加利克

（神秘的地球uux.cn）据今日科学新闻：大约45亿年前，地球还不是我们今天所知的那颗充满活力的蓝色星球。这是一个年轻、熔融的世界，在暴力的宇宙力量中形成和进化。随后发生了一件永远改变其命运的事件：一颗巨大的天体——现称为忒伊亚——撞击了我们的星球。这是一个灾难性的时刻，不仅改变了地球的发展轨迹，也诞生了月球——我们在太空中的永恒伙伴。这场宇宙崩溃的余波仍在我们脚下的岩石间回响。

但忒伊亚是谁，或者是什么？这具神秘的天体究竟是什么，深刻地塑造了地球？它起源于哪里？这些问题长期以来一直吸引科学家们的兴趣，但要回答它们远非易事。忒伊亚号在碰撞中被摧毁，未留下任何实体痕迹。然而，其身份的碎片仍隐藏在地球和月球的组成中——科学家们正艰辛地试图揭开这些碎片。

在发表在《科学》杂志上的一项开创性研究中，来自马克斯·普朗克太阳系研究所（MPS）和芝加哥大学的研究团队，开始了一场拼凑忒伊亚身份谜团的探索。他们通过研究地球和月球岩石的同位素组成，试图在构成我们星球及其伴星的元素中发现忒伊亚的痕迹。

MPS主任兼该研究合著者托尔斯滕·克莱内说：“一个身体的组成记录了其整个形成历史，包括起源地。”同位素——仅在原子核中中子数量上有所不同的元素变体——掌握着这个故事的关键。它们携带着对其诞生条件的记忆，物体中同位素的比例可以揭示其在太阳系中的起源线索。

研究人员重点关注铁同位素，这一点尤为耐人寻味。铁在地球和月球中都非常丰富，其同位素组成可以揭示这些天体的历史。但团队研究的不仅仅是铁。他们还研究了铬、钼、锆及其他元素的同位素，每一种都为行星形成的不同阶段提供了见解。

结果令人印象深刻。团队发现地球和月球岩石的同位素比值几乎相同。这表明构成我们地球及其卫星的物质有共同的起源。月亮似乎不仅仅是忒伊亚碰撞后被动的旁观者，而是形成地球的同一宇宙过程的产物。

然而，这种相似性也带来了挑战。虽然显然忒伊亚在月球的形成中扮演了角色，但具体作用的性质仍不清楚。月球上的物质有多少来自忒伊亚，又有多少来自地球？大多数模型认为月球主要由忒伊亚的碎片形成，但也有可能地球自身的地幔对月球的成分有显著贡献。事实上，这两具身体可能已经完全混合在一起，以至于几乎无法区分它们。

为了更接近真相，研究人员采用了一种称为“逆向工程”的技术。他们没有直接研究忒伊亚——由于忒伊亚已被毁灭而无法进行——而是从地球和月球岩石中的同位素比值中逆推。通过运行模拟，他们能够探索地球和忒伊亚的组成和大小，从而得出观测到的同位素匹配。

在调查中，团队观察了不同元素在地球形成早期阶段的行为。例如，铁和钼等元素在地球形成过程中沉入地核，但它们并非地幔的一部分。他们确定，我们今天在地幔中发现的铁，必定来自忒伊亚，从外太阳系运来。与此同时，像锆这样的元素没有沉入地核，提供了更广泛的地球形成历史视角。

但还有一块拼图需要解开：忒伊亚从哪里来？科学家们又如何确定？

团队求助于陨石。陨石就像早期太阳系的时间胶囊，包含了关于遥远过去环境和物质的线索。研究人员将陨石的同位素组成与地球和月球的成分进行了比较，寻找相似与差异。

结果令人发明。虽然地球的成分与某些陨石类型相符，但忒伊亚的则不然。这使研究人员得出了一个令人惊讶的结论：忒伊亚并非由早期地球的物质组成。相反，忒伊亚似乎来自太阳系的其他区域——具体来说，是靠近太阳而非地球的位置。这是一个关键发现，暗示地球和忒伊亚是邻居，但并非同卵双胞胎。

“最有说服力的情景是，地球和忒伊亚的大部分构件起源于内太阳系，”MPS科学家、该研究首席作者蒂莫·霍普说。“地球和忒伊亚很可能是邻居。”

地球与忒伊亚的碰撞是我们星球历史上最具决定性的事件之一。它为我们今天所知的地球奠定了基础——它的大小、成分，甚至轨道都被这场古老的撞击塑造。但理解那次碰撞发生了什么，忒伊亚的起源，不仅仅是学术上的练习。它让我们一窥早期太阳系，也揭示了塑造地球、太阳系及更远其他行星和卫星的过程。

这项研究的发现意义重大，因为它们帮助我们理解月球的诞生，月球是地球历史上的关键部分。它们还揭示了早期太阳系的环境条件，当时行星和其他天体正在形成和碰撞，而我们才刚刚开始理解这些现象。

也许最重要的是，这项研究帮助我们解答了一个令人类着迷数百年的问题：我们来自哪里？通过研究忒伊亚的遗骸，科学家们不仅拼凑了地球的历史——他们还揭示了地球本身的起源，进而揭示了我们所知生命的起源。

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