月球比我們想像的更為古老

確定月球的年齡可以幫助科學家記錄關鍵早期事件的順序。「時間就是一切。」第一作者珍妮卡．格里爾（Jennika Greer）如此表示，這位格拉斯哥大學宇宙化學家先前在芝加哥大學就讀研究所時就參與了此一計畫。「我們的太陽系已經存在了一段時間，但在最初的100萬年裡發生了許多充滿變化的過程。」

此一研究用來確定月球年齡的鋯石晶體源自1972年12月阿波羅17號任務期間收集的樣本。在任務期間，同時也是位地質學家的太空人哈里森．施密特（Harrison Schmitt）渾身覆滿月球塵埃。PHOTOGRAPH BY NASA

月球鋯石顆粒的掃描電子顯微鏡影像。PHOTOGRAPH BY JENNIKA GREER, UNIVERSITY OF GLASGOW

當太陽系還很年輕時，初期的地球沒有月亮陪伴，是顆繞著原始太陽旋轉的孤獨行星。但地球的早期並不平靜，科學家認為，有個火星大小的天體在地球歷史的早期撞擊了原始地球，重塑了這兩個天體。

撞擊的熱量液化了一切──年輕的地球和行星毀滅者──將兩個天體融合為一。從這團物質中飛出一個較小的熔岩球，落入穩定的軌道，最終冷卻形成月球。

月球的內部凝結成不同的分層：地函和地殼。新的礦物從熔融的岩石中結晶出來，鋯石是其中一種最後形成的礦物。這些晶體捕捉了月球凝固成岩石的最後階段，標示著我們今日所知的月球之始。

計算原子

鋯石是科學家最喜歡的礦物，因為它們非常堅硬。這些微米大小的晶體可以承受數十億年的風化，保存誕生當下的地質化學秘密。它們還會從環境中捕獲鈾同位素，成為一種在鋯石結晶當下就開始計時的計時器。

鈾同位素以可預測的速率衰變成鉛。研究人員藉由測量形成的鉛原子和剩餘鈾原子的數量，可以計算出鋯石從熔融物質中結晶以來已經過了多久的時間。

研究作者探測了1972年阿波羅17號期間收集的月球岩石樣本中鑲嵌的鋯石，並建立了原子的3D圖。他們測量鉛的同位素，計算出的月球地殼年齡為44.6億年，這是迄今所推測最古老的月球地殼形成年齡。

這個年齡之前是由格里爾的合作者：張必東（Bidong Zhang）和奧黛麗．布維爾（Audrey Bouvier）所領導的團隊在2021年發表，但有另外一些人質疑此一研究。批評者指出，鉛原子可能會移動，在整顆岩石中形成高濃度或低濃度的團塊。研究者有可能因為觀察的位置不同，恰好測量到這些分布不均勻的鉛位點，而錯誤估算鋯石的年齡。

為了平息這些質疑，布維爾聯繫格里爾的團隊再次對原子進行測量，這次他們利用較先前研究所使用空間分辨率更高的離子探針，對岩石進行採樣。更精細的探針讓研究團隊得以分辨是否有較高或較低含量鉛原子的奈米級區域存在， 但他們並沒有發現有這樣的現象。

「在這種鋯石中，一切都是均勻的，所以我們甚至不必擔心這一點。」研究作者、菲爾德博物館（Field Museum）和芝加哥大學的宇宙化學家菲利普．赫克（Philipp Heck）表示，結果證實了先前估算出44.6億年的年齡是準確的。

「這項研究非常出色。」並未與此項研究的亞利桑那州立大學地球化學家梅蘭妮．巴博尼（Melanie Barboni）表示。巴博尼先前曾研究月球鋯石中的其他同位素，發現月球內部在45.1億年前首度形成不同分層，其時間點在新研究調查的地殼形成最後階段之前。

巴博尼說，這項新研究與她自己的發現相符。「很多論文提出月球的形成時間要晚得多，例如43億年，」她補充道：「根據最新的研究數據顯示，這根本不可能。」

月球和地球的歷史

精準確認月球凝固的時間，讓未來的研究人員能有模擬月球演化的參考點。「年代學幫助我們將一切都放進適切的脈絡中，」格里爾說：「然後我們就可以開始了解這些過程如何發生。」了解月球形成期間發生的事件和時間，有助於解釋為什麼地球的衛星看起來是今日的樣貌。

我們之所以對研究月球如此有興趣，是因為這能讓我們得知與地球有關的資訊。地球和月球這兩個天體起源自同一事件，命運緊密相連。但地質活躍的地球就像個狡猾的罪犯，喜歡掩蓋和銷毀過去事件的證據。月球這個夥伴就誠實多了──月球缺乏構造活動代表其表面的地質記錄可以維持數億年之久。

科學家可以透過探測月球上的證據，來推斷地球在大約同一時間點可能發生的事情。格里爾說，例如在那次月球形成的致命碰撞中，地球變得無法居住──沒有任何生物能在這樣的災難性事件中倖存──而且所有的水都可能蒸發殆盡。如果是這樣，那麼水一定在之後的某個時刻回到我們的星球上，可能是由撞擊的小行星帶來。若真如此，這也會在月球上留下線索。

雖然新研究確定月球至少是在44.6億年前形成的，但從行星碰撞到最終硬化的整個過程卻經歷了數千年。鋯石代表了月球岩漿海洋的最後遺跡──月球狂暴起源的終章和寧靜時代的序曲。

如果未來的研究人員發現一顆更古老的鋯石，因而估算出更古老的月球年齡，赫克和巴博尼也不會感到訝異。也許美國航太總署（NASA）的月球藏品中有種更古老的晶體，不過赫克說這相當罕見。或者也許還有更多的未知，正在人類尚未踏足的月球區域，等著被未來的探險者發現。

目前有多項正在進行中的太空任務，計畫從人類未曾造訪的月球區域帶回月球樣本。2024年，中國將啟動一項無人任務，從月球背面將樣本帶回地球，而美國航太總署阿提米絲3號（Artemis III）任務的目標，是要在2025年12月載送人類登陸月球南極。在這些地點收集的新岩石，可能會讓月亮起源的故事更為完整。

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