探寻 39 亿年前的“月球灾难”

“命运已经注定，他们前往月球探索，也将永远留在那里安息。这些勇敢的人，阿姆斯特朗和奥尔德林知道，已经没有返航的希望，但他们也知道，他们的牺牲将为人类带来改变。”

这是 1969 年 7 月，美国总统尼克松为登月任务失败准备的演讲稿的开头。

但 1969 年 7 月 24 日，三位宇航员安全返回地球。

图丨这张由登月宇航员阿姆斯特朗拍摄的标志性照片中，奥尔德林在月球上插上美国国旗。（来源：NASA）

半个世纪前，当阿姆斯特朗登上月球表面时，开启了一个故事，这个故事改写了科学界对人类起源的认识。

月岩的秘密

从 1969 年到 1972 年，6 次阿波罗任务成功登陆，在月球表面总共采集了 2415 块标本，带回了 383 公斤的岩石和土壤。这些样本揭示了我们这位“宇宙邻居”的许多情况，包括形成了“月球本身就起源于地球的一部分”的假说（地球撞击学说，认为地球遭遇其他天体撞击之后飞溅出去的物质形成了月球）。但除了对月球本身的了解，月岩（角砾岩、玄武岩等）还保存了周围行星的历史。

位于休斯顿的约翰逊航天中心的行星科学家塞缪尔·劳伦斯（Samuel Lawrence）说，月球是太阳系的罗塞塔石碑。（石碑上刻有古埃及国王托勒密五世登基的诏书，同时用希腊文字、古埃及文字和当时的通俗体文字刻了同样的内容，这使得近代的考古学家得以有机会对照各语言版本的内容后，解读出已经失传千余年的古埃及象形文字的意义与结构，而成为今日研究古埃及历史的重要里程碑）

对天文学家来说，阿波罗计划最令人兴奋的要素之一是终于有机会在月球表面进行勘探。由于没有坚实的大气层来消除痕迹，月球的地形保存了超过 40 亿年的太阳系历史。对月岩的早期研究并没有让人失望：它们首次揭示了一个明显“十分喧闹”的时代（月球居然有这么多“陨石造访者”）。

大约在 39 亿年前，当时月球和地球被来自太空深处的陨石撞击。为了解在那个被称为“后期重轰炸期（又名月球灾难）”的时代发生了什么，科学家们从对月球这个长着麻子的卫星的研究本身，转向挖掘有关所有行星演化的故事。

圣路易斯华盛顿大学的行星科学家布拉德·乔立夫（Brad Jolliff）说:“这是阿波罗计划的遗赠，让我们不仅能了解月球，而且可以了解到早期太阳系的一些基本要素。”

自阿波罗计划以来，航天事业有了长足的发展，但我们对月球的探索，甚至对半个世纪前采集的样本的探索，依然还在进行中。探测车绘制的月球地图几乎覆盖了月球表面的每一平方米，而地球上不断进步的科技使得研究人员能够越来越精细地检测月岩。所有这些线索都对“后期重轰炸期”提出了新的疑问，并为未来的探索指明了方向。

在世界纪念阿波罗 11 号 50 周年之际，将有很多关于这次任务的历史、政治、文化和技术遗产的报道。但阿波罗计划的其他飞船也产生了巨大的科学影响，它们对于月球表面特性、物质化学成分光学特性，以及月球重力、磁场、月震等情况的观测同样帮助研究人员更好地了解了月球的历史，并从中了解整个太阳系。对大量月岩的研究迫使科学家们不断地回顾、修正和完善他们对包括地球在内，整个行星家族在形成的最初几亿年的理解。

如果我们想要了解人类的起源，月球是一个极好的地方，在那里可以找到这段庞大的、失踪的历史。

大灾难寻迹

图丨对话原始文本（来源：Apollo 11 Spacelog）

1969 年 7 月 20 日，阿波罗 11 号着陆大约 10 分钟后，宇航员奥尔德林向任务控制中心描述了窗外的景色：这儿看起来集合了几乎所有你能找到的形状、棱角和粒度的岩石。

样品是任务中最优先考虑的。阿姆斯特朗的首要任务之一，是把近 500 克的粉状土壤和十几块岩石碎片塞进一个袋子里，这样的话，如果宇航员不得不放弃这次任务，他们至少能带回月球的一小部分。但他们最终带回了更多——阿姆斯特朗和奥尔德林在静海基地周围跋涉了两个多小时，收集了 22 公斤的土壤和岩石。

图丨可以看出，岩样本的采集主要来自于阿波罗 15、16 和 17 号（来源：NASA）

阿波罗 11 号的着陆地点是一片相对平坦的区域，其首要目标是安全着陆和起飞。后来的飞行任务地点为了完成特定的科学目标，会选择更加冒险的区域，宇航员要花几十小时探索崎岖的地形。然而，有一件事从阿波罗 11 号这次旅行就可以了解得很清楚：月球表面很古老，仍被数十亿年前的岩石覆盖，没有受到空气、水或风的影响。

通过进行了几种类型的放射性年代测定法，研究人员发现了一个奇怪的现象，即阿波罗号后期任务中采集到的陨击熔岩的年龄十分相近。阿波罗 14 号的宇航员收集到的几块岩石属于一种类型，这种类型的岩石是在强烈的压力使较老的岩石融合时形成的，所有这些岩石似乎都有 39 亿年的历史，比月球本身年轻得多。

类似的现象也出现在阿波罗 15 号、16 号、17 号收集到的岩石中，以及苏联 1972 年发射的月球 20 号无人探测器收集到的土壤中。在遍布月球的陨石坑近岸处，许多岩石似乎是在月球形成后约 6 亿年的撞击后形成的。

在 1973 年的一篇论文中，行星科学家福阿德·特拉 (Fouad Tera) 和他当时在加州理工学院的同事们假定这是月球受到密集轰炸的纪录。他们将这次撞击称为“月球灾难”，并指出月球在约 39 亿年前轰炸率开始上升。

如果月球受到撞击，那么地球理应也会受到影响。事实上，所有的岩质行星：水星、金星、地球和火星一定是同时被陨石撞击的。当探测器在 1965 年和 1974 年首次飞越火星和水星时，研究人员注意到了与月球上类似的陨石坑。

2000 年，美国宇航局戈达德太空飞行中心的行星科学家芭芭拉·科恩（Barbara Cohen）和同事们在 Science 上发表的论文中称，坠落到地球上的月球大块陨石显示出了跨越 10 亿年以上的撞击迹象，但都没有超过 39 亿年的历史，这进一步支持了一场巨大的轰击融化并重新塑造了月球表面的观点。但目前还不清楚是什么引发了如此大规模的破坏。

一个答案出现在 2005 年，当时 Nature 杂志上的三篇论文提供了一个关于早期太阳系动力演化的新思路。这个思路基于广泛的计算机模拟，后来被称为尼斯模型，以它的发源地——蔚蓝海岸天文台所在的法国城市尼斯命名。

简而言之，故事是这样的：木星、土星、天王星和海王星比现在离太阳更近。随着时间的推移，木星和土星的轨道漂移开来，因为它们受到来自周围行星碎片的持续牵引。最终，它们的轨道同步了，这两个庞然大物的强大引力震撼了整个太阳系。随后，土星、天王星和海王星之间发生了一系列的近距离碰撞，小行星和彗星四处飞掠，其中一些落在了内行星和月球上。

研究人员发现，尼斯模型的太阳系动力学模拟可以用来解释太阳系内许多事件，其中包含了内太阳系的后期重轰炸期、奥尔特云的形成、太阳系小天体的分布，例如柯伊伯带，木星与海王星的特洛伊天体，以及大量被海王星重力影响的共振海王星外天体。

但就像一部优秀的侦探小说那样，故事还需要一些出人意料的转折。

“我们现在十分担忧，”科罗拉多博尔德西南研究所的一名行星科学家威廉·伯克（William Bottke）说，科学家可能误读了月球的这段历史。正如他和澳大利亚国立大学的马克·诺曼 (Marc Norman) 在《2017 年地球与行星科学年度评论》(2017 Annual Review of Earth and Planetary Sciences) 中描述的那样，月球上一个名为“雨海”(Mare Imbrium) 的大型撞击盆地有可能干扰了科学家“侦探”们的侦查工作。

盆地是“嫌疑犯”？

当你看月球的时候，雨海是一片混沌。这片约 1100 公里宽的黑色区域是一次强烈撞击留下的伤疤。如果这次撞击产生的碎片像雨点一样落在它的周围区域，阿波罗号的宇航员可能会一次又一次地重复拾起这次撞击产生的岩石碎片。

图丨月球勘测轨道飞行器拍摄的雨海（来源：wikipedia）

约翰逊航天中心的行星科学家塞缪尔·劳伦斯说，那些在 60 年代做阿波罗工程任务计划的人完成得非常出色。但他们无法像我们现在这样获得全球的地球化学数据。

自阿波罗计划以来，已有几艘无人宇宙飞船以多种方式探测月球。例如，在过去的 10 年里，美国宇航局的月球勘测轨道飞行器已经绘制了超过 98% 的月球表面，包括阿波罗着陆点的图像，清晰到你可以看到宇航员留下的脚印和月球车的踪迹。

在其中一次探险中，阿波罗 17 号的宇航员从一些山丘上采集了样本，这些山丘被认为是附近一个叫做“宁静海”的盆地中被吹出的岩石散落的地方。2011 年，休斯顿月球与行星研究所的保罗·斯普蒂斯（Paul Spudis）和他的同事分析了着陆地点的轨道勘测图像。他们认为这里的地形看起来更像雨海附近的景观，地质特征从雨海向外呈放射状延伸。这意味着，山丘上可能散落着来自雨海被撞击后散落的岩石，而不是像预期的那样来自宁静海。这些样本的组成也表明它们与雨海的月岩有很强的相似性。

这无法证明宇航员所取的样本确实来自于“雨海”盆地，但同时也意味着，我们无法确认阿波罗号所采的月岩最初来自哪个盆地。因此，目前还不清楚，月岩“39 亿年的年龄”的得出是来自全月球的撞击，还是仅仅来自一两个地点。毫无疑问，39 亿年前陨石群确实“访问”了月球。但研究人员现在争论的是，这是一次短暂的轰击，还是持续了数亿年的轰击时代的结束。

无法否认，我们从阿波罗计划带回的月岩中得到的研究成果是无价的。但即便如此，月球的大部分历史仍然缺失。宇航员只探索了月球表面的一小部分。塞缪尔说，这就像外星人访问地球，降落在大峡谷，并假设地球上的其他地方一定都是一样的。

这就是为什么许多研究人员认为是时候重新回一趟月球了，尽管不一定是和宇航员一起回去。科学家们最后一次直接从月球上获得样本是在 1976 年，当时苏联的“月球 24 号”探测器从海岬带回了 170 克月球土壤。在最新轨道飞行器数据的指导下，机器人探测器可以从远离阿波罗着陆点的地方挖出月球上的泥土，这可以帮助研究人员拼凑出一个更清晰的时间线，知道月球是什么时候受到轰击的，轰击持续了多长时间。

几年来，布拉德·乔立夫一直在推动 NASA 向月球南极艾特肯盆地 (Aitken Basin) 发射一项名为“MoonRise”的机器人任务，艾特肯盆地远离阿波罗登月计划的踏足地，直径约 2500 公里，是月球最大、最古老的陨石坑之一。

当这个盆地形成时，它把周围大部分地区夷为平地。据推测，它是月球上最古老的撞击盆地之一，现在保存了自那以后撞击该地区的所有较小撞击的记录，包括在所谓的晚期猛烈撞击中形成的陨石坑。从这个盆地中挖出的几勺土，可能包含了所有这些撞击发生的时间轴，这可能会澄清月球的轰击历史，进而扩展到太阳系内部。

但 NASA 一直把其他任务放在比返回月球更重要的位置，其中包括使用朱诺号环绕木星进行探测。 

-End-

参考：

https://www.businessinsider.com/nixon-astronaut-death-moon-disaster-speech-2017-7

https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2019/06/25/yes-the-apollo-moon-landings-really-did-happen/#2edf81346a8f

https://apollo11.spacelog.org/page/04:06:46:06/

https://medium.com/@kthorjensen/what-do-moon-landing-truthers-think-about-the-first-man-6de8ca88450f

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0012821X71900525?via%3Dihub

http://articles.adsabs.harvard.edu/pdf/1973LPSC....4.1889T

http://articles.adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-iarticle_query?1973LPI.....4..723T&data_type=PDF_HIGH&whole_paper=YES&type=PRINTER&filetype=.pdf (http://articles.adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-iarticle_query?1973LPI.....4..723T&data_type=PDF_HIGH&whole_paper=YES&type=PRINTER&filetype=.pdf)

https://science.sciencemag.org/content/290/5497/1754

https://www.annualreviews.org/doi/full/10.1146/annurev-earth-063016-020131

https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2011JGRE..116.0H03S/abstract

https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2010GeCoA..74..763N/abstract

注：

后期重轰炸期，又称晚期重轰炸，是指约于 41 亿年前至 38 亿年前，即于地球地质年代中的冥古庙及太古庙前后，推断在月球上发生不成比例的大量小行星撞击的事件，在地球、水星、金星及火星亦同样发生。

月海，是月球上大块呈黑色的玄武岩平原，推测是古代火山爆发的产物。