如何描繪一幅完整的太陽系歷史？答案竟在月球隕石坑裏_風聞

在華盛頓海軍研究實驗室一個明亮的白色房間裏，有一個透明的塑料箱子，裏面裝滿了來自天外的碎片。

這些碎片是從南極冰層中搜尋到的隕石，以及年齡可能大過太陽系的物質顆粒。

地質學家凱特·伯吉斯（Kate Burgess）從箱子裏拿出另一個寶藏：一個小小的特氟隆（聚四氟乙烯）瓶子，裏面還用特氟隆又包了兩層。

這個神秘的寶藏是1972年阿波羅17號的宇航員從月球帶回來的土壤。

阿波羅17號帶回的岩石樣本 

小瓶子裏只有很少量的月球土壤，但其中的科學價值卻是巨大的。

月球土壤的獨特之處在於，它們億萬年以來都幾乎不受干擾，並始終暴露在強烈的太空輻射下。

伯吉斯用一台能看到原子的強大電子顯微鏡觀察標本，希望能找到證據來證明，強烈的輻射是如何改變土壤顏色的。

這樣的研究聽起來很小眾，但它背後卻是一個宏偉、甚至美麗的想法。

伯吉斯正在努力使月球岩石成為探索宇宙的指南針。

她正在研究，土壤的顏色有多少是由成分決定的，多少是來自宇宙的侵蝕影響的。她説，搞清楚這一點有助於確定望遠鏡觀測到的天體（比如小行星）的成分組成。

月球樣本由此成為了我們與宇宙之間的紐帶，讓人類得以更深入地瞭解外太空。

遍佈隕石坑的月球表面

對行星科學家來説，月球樣品是無價的——月球自形成以來變化不大，這使得它成為一個“時間膠囊”，一部記錄了地質變化的《創世紀》。

月球上的第一個腳印

迄今為止，人類共完成了六次登月任務，宇航員共帶回了842磅的月球岩石、礫石和土壤。

“毫不誇張地説，這些岩石改變了我們對太陽系的理解，改寫了太陽系的歷史。在阿波羅之前，我們真的不知道月球是如何形成的，”美國羅格斯大學的行星科學家朱利安·格羅斯（Juliane Gros）説。

研究地質學就是研究歷史。從這個角度來説，地球在持續不斷地破壞其自身對於歷史的記錄。

“地球是一個巨大的破壞機器。我們有風、有雨、有冰，有各種天氣，它們在不斷地侵蝕地表的岩石，”格羅斯説。

地球的地殼始終處於移動和變化中。古往今來，岩石被“回收”到地底、重新融化，並隨着大陸板塊相互撞擊而重新形成。

但月亮沒有抹去它的歷史。格羅斯説，除了小行星撞擊外，“月球自形成以來沒有多大變化。這使得它成為一個‘時間膠囊’，記錄了我們太陽系的歷史。”

阿波羅11號帶回的岩石樣本

“一塊月亮岩石，就是一個小寶庫，”格羅斯如是説。

小時候的她曾經夢想成為一名宇航員，但最終由於對失重感到眩暈而不得不放棄了這個夢想。

她説，通過和這些岩石打交道，“讓我也在某種程度上能夠成為宇航員”。不同的是，她和同事並不是在探索太空，而是在探索時間和歷史。

“（月球）地殼基本上是一個‘圖書館’。我們需要學習如何閲讀和解釋這些歷史存檔。”格羅斯説，在這個“圖書館”中，最重要的莫過於那些有關地球和月球最初是如何形成的“文件”。

阿波羅16號帶回的月球岩石

1972年，阿波羅16號帶回一塊4磅重的月球岩石。它主要由乳巖組成，是一種由熔融岩漿形成的岩石。月球地殼主要是由像這樣的岩石組成的，這告訴科學家，月球的形成環境是非常“暴力”的。

大約45億年前，尚處於萌芽階段的太陽系是一個非常混亂的地方。

不久之後（宇宙學意義上的時間），太陽突然爆發，巨大的氣體球將氫原子融合在一起並點燃（一直燃燒到今天）。太陽這顆年輕的恆星仍然被碎片包圍，這些碎片相互撞擊形成行星。

大約在這個時候，地球（或者説是地球的前身）被另一顆可能相當於火星大小的行星擊中。

地球和月球形成的示意圖

這次災難將兩個世界融合在一起，形成了我們現在生活的地球。同時，碰撞的力量也讓兩個星體噴射出一些物質，而這種物質融化在一起形成了月球。

早期的月亮被岩漿的海洋所覆蓋，漫長的一段時間過去，岩漿沉降、冷卻，月球最終成了我們今天所知的模樣。

這樣來看，地球和月亮是彷彿一對雙胞胎。

僅僅依靠一塊岩石，科學家便推演了上述這一切：斜長石的密度不高，屬於在岩漿海洋表面冷卻時所出現的礦物類型。行星科學研究所的資深科學家達比·迪亞爾（Darby Dyar）説，當月球形成時，斜長石遍佈月球表面，形成了地殼。

而這僅僅是月球岩石講述故事的開始：月球的隕石坑還記錄了太陽系的歷史。

月球地殼遍佈隕石坑，而科學家們已經能夠利用阿波羅採回的樣本來精確確定這些隕石坑形成的日期。

月球上的隕石坑

月球地表的變化遠遠小於地球，但這並不意味着它從未改變。小行星一次又一次地對月球撞擊，形成了無數的隕石坑，有些大型隕石坑甚至在地球上都能肉眼看到。

通過對月球隕石坑進行年代測定，可以讓我們知道其他星球隕石坑的年齡。隕石坑越大，它們的年代就越久。“現在我們有了關於太陽系撞擊的美麗歷史，”迪亞爾説。在其他行星，比如水星上也有隕石坑，而我們現在知道了水星隕石坑的年齡，“因為我們有一套來自月球的參考系統”。

瞭解月球隕石坑的年齡後，科學家們還做出了另一個驚人的假設：太陽系最外層的行星，也就是木星、土星、天王星、海王星，改變過公轉軌道。

隕石坑顯示，在行星形成大約6億年後，有一段猛烈的轟炸期，這意味着月球被許多小行星撞擊過。這非常奇怪，因為那個時期應該不會有如此瘋狂的小行星碰撞現象。

格羅斯説，一個可能的情況是，如果這些大型的氣體行星向太陽靠攏然後再遠離，“它們就會干擾小行星，把小行星拋到周圍造成碰撞。”

科學家們仍然不能確定情況是否如此。但如果沒有月球岩石，上面的假設可能根本無法做出。

我們從為數不多的月球岩石中瞭解到了極多的信息。行星地質學家還希望有更多的樣本，原因之一是，在所有阿波羅登月任務中，飛船都降落在月球赤道附近，而科學家們希望能夠研究其他地區的樣本。

迪亞爾説：“試圖從幾百公斤的岩石中解釋月球的歷史是非常令人沮喪的，我們沒有任何來自月球靠近極地的樣本，也不知道我們能否找到其他有趣的科學現象。”

月球的南極

美國宇航局計劃在2024年再次將人類送上月球。該計劃的宇航員將會“拜訪”月球南極的隕石坑，稱為“南極-艾特肯盆地”（South Pole–Aitken basin）——月球上最大、最深，也是最古老的隕石坑之一。形成這個盆地的撞擊能量非常強大，甚至將月球的地殼和內部都暴露了出來。

此外，科學家無法直接研究地球的地殼，而月球則提供了有益的幫助。格羅斯説：“如果能再多獲得一些月球樣本，就可以幫助我們理解為什麼地球有如此活躍的地質活動，而月球卻沒有。”

這些知識有很多實際意義。例如，將來如果人類想要開採某顆小行星的金屬和礦物，提前瞭解小行星的確切地質構成將大有助益。

人類有很多理由重返月球並建立長期居留地。

月球是一個很好的實驗室，可以訓練宇航員在深空任務中更好地生存；月球是一個很棒的發射場，可以用來執行飛往火星或更遠星球的任務。月球也有可能成為一個開採自然資源的好地方。

伯吉斯最喜歡的發現之一，是粘在月球泥土上的氦。

她説，氦“是被困在月球上的太陽碎片”。太陽從各個方向吹出氣體和粒子，月亮像海綿一樣吸收了其中一些碎片。這一發現具有肉眼可見的實際意義：氦是地球上日益稀缺的資源，未來也許我們可以在月球上開採。

月球土壤樣本

研究月球就是研究地球。

“我一直認為，人類要回答的最重要問題是，我們是孤獨的嗎？地球是獨一無二的嗎？”迪亞爾説，“研究月球岩石可以幫助我們回答這個問題。”

搞清楚我們的太陽系是如何形成的，我們的星球是如何形成的，有助於我們瞭解地球有多麼“特別”。如果月球從未存在過，地球的面貌會和現在大相徑庭（例如，就不會有海洋潮汐）。

“沒有月球，我想人類可能永遠不會仰望天空思考，’”格羅斯説，“也不會有好奇心去開發各種技術和工具，離開我們自己的星球。”