月球的年龄，是怎么测出来的？

虎嗅注：过去很长一段时间，不少科学家研究阿波罗14号从月球带回来的岩石和土壤后，认为月球的年龄为45.1亿年，这一结论也在2017年登上了《科学》杂志。但随着近些年中国探月计划的逐步推进，嫦娥5号也带回来了不少月球样品，现在关于月球年龄又有了新的结论，而且比过往的结论更加。不久前，国家航天局公布了我国嫦娥五号月球样品的科研成果。科学家通过研究，揭示了20亿年前月球仍存在岩浆活动，精确测定了月球的年龄是20.3亿年。那么月球的的年龄到底是如何测出来的呢？给大家简单科普一下。

本文来自微信公众号：原理（ID：principia1687），首发于2017年1月12日，作者：Zwicky，原文标题：《你是这样的月球吗？》，题图来自：《月球陨落》

每当举头望明月时，无论是新月、或是满月、或是超级月亮，在无限的遐想中你可曾好奇过伴随着我们的月球是在什么时候诞生的？又是如何形成的？

这两个问题都不容易。

要回答第一个，我们首先得先到月球去采集样本。幸运的是，人类在几十年前就实现了登月计划。

1971年2月13日，阿波罗14号宇航员Alna B. Shepard Jr.在月球的一个撞击坑附近进行了一项实验。（图片来源：NASA via AP）

1971年，阿波罗14号的宇航员在月球执行任务的时候，带回来了一些岩石和土壤中的锆石样本。科学家采用了铀铅测年法对这些样本进行测定，最终得出月球诞生于45.1亿年前。

过去，科学家认为月球应该形成于太阳系诞生后的1亿到2亿年之间，而这项最新研究指出月球实际形成于太阳系诞生后的6000万年之内。该论文发表在1月11日的《Science Advnaces》中^[2]。

谐和图：对锆石进行的铀铅测年法实验结果。（图片来源：Melanie Barboni^[2]）

这些锆石的碎片极其微小，甚至没有一粒沙子大。但即便如此，它们却记录了惊人的信息。之后，科学家将会继续研究阿波罗14号带回的更多的锆石标本，但预计不会怎么改变45.1亿年的估计。

这是这个星期关于月球研究的第二个进展，第一个发生在星期一（2017年1月9日）。

在45亿年前，Theia撞击了地球，残留的碎片形成了今天看到的月球。（图片来源：DM）

过去，科学家一直认为在45亿年以前，地球和一颗火星大小的天体发生了撞击，残留的碎片形成了月球，这颗撞击地球的天体被称为忒伊亚（Theia）。这个理论被称为“大碰撞假说”，得到了许多证据的支持，比如地球自转和月球公转方向相同等。

科学家通过对月球样本的化学分析发现，月球的成分和地球的成分相同，这意味着相同的起源。但是，在所有的月球样本中，我们没有发现任何微量忒伊亚的成分。如果一个巨大的物体确实撞击地球，那么在组成月球的碎片中应该包含了它的微末成分。或许你会认为，也许是因为形成月球的物质大部分来自地球，或者忒伊亚的成分与地球类似。的确有可能，但这样的可能性很小。

月球是通过一系列撞击产生的，而非一次巨大的撞击。（图片来源：Raluca Rufu[3]）

因此，在这项新研究中科学家指出月球的形成并非是一次巨大的碰撞，而是一系列的撞击^[3]。通过模拟，我们看到小行星撞击地球会在周围形成由碎片构成的圆盘，而且主要由地球物质组成，而非撞击天体。每次撞击后，圆盘吸积形成一颗小卫星。这些小卫星会向外漂移，并与大的月球合并。在数百万年的过程中，经历了大约20次的合并才最终形成我们今天看到的月亮。

多次撞击帮助我们解释为什么地球和月亮的化学性质相似。例如，小行星每一次都可能以不同的角度撞击地球，这要比一次撞击出更多地球的物质到太空中去。

多次撞击是否要比单次撞击更有说服力，我们还需要进一步对地球和月球的内部及成分进行研究。但无论月亮是怎么形成的，我们至少对月球的年龄有了更好的测定方式。

参考来源：

[1]http://phys.org/news/2017-01-scientists-moon-hill-billion-years.html

[2]M. Barboni et al. Early formation of the moon 4.51 billion years ago. Science Advances. Published online January 11， 2017. doi: e1602365.

[3]R. Rufu， O. Aharonson and H.B. Perets. A multiple-impact origin for the Moon. Nature Geoscience. Published online January 9， 2017. doi: 10.1038/ngeo2866.

本文来自微信公众号：原理（ID：principia1687），作者：Zwicky