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一顆隕石的滄桑史

天外飛來的岩石進入地球,落到地上就是隕石。許多隕石來自小行星帶。一九八二年,一個美國團隊在南極,找到一塊來自月球的隕石。
 
 
 
天外飛來的岩石,進入地球大氣層,成為流星,落到地上就是隕石。許多隕石來自小行星帶。一九八二年,一個美國科學團隊在南極搜尋隕石,結果找到了一塊來自月球的隕石。

那塊隕石重31公克,看起來就與其他隕石不同。由於美國太空總署的專家看過許多月岩標本,憑外觀就懷疑它來自月球,學者仔細研究之後,證實了這個推測。

消息傳出後,日本國立極地研究所的學者才恍然大悟,原來他們一九七九年就在南極採集到三塊月隕石了。後來學者還找到了來自火星的隕石。

現在,科學家研究過的月隕石大約有三十塊,大多數是在沙漠找到的。二○○二年一月十六日,瑞士伯恩大學的地質學家諾斯(Edwin Gnos)與兩位同事,在阿拉伯半島阿曼大公國境內的沙漠裡,也找到了一塊,重206公克,編號SaU 169。諾斯組成了一個國際團隊研究這塊月隕石,報告刊登於今年七月三十日出版的《科學》。

SaU 169與其他的月隕石極為不同,科學家不但揭露了它的來歷,還能推測它來自月球的那個地方。不過,這得從當年的阿波羅任務談起。

阿波羅登月任務

話說科學界對月岩組成的了解,源自當年阿波羅太空人採集的標本。

一九六九年七月二十一日清晨(台北時間),美國阿波羅11號太空船的登月小艇老鷹號在月球寧靜海成功著陸。六個半小時後,阿姆斯壯踏出了人類的一大步。此後,直到一九七二年十二月十二日凌晨,美國太空人登陸過月球六次,採集了不少月岩標本。

一開始,研究月岩的科學家非常驚訝,因為地質化學家所謂的「不和合元素」(incompatible elements,或稱不相容元素,不相容成分),在月岩中含量特別高,包括磷、稀土元素,以及三種在自然界存在的放射性元素:鉀、釷、鈾。(按,釷與鈾都屬於稀土元素。)

月岩的主要組成物是四種礦物,那些礦物在岩漿裡結晶出來時,「不和合元素」會集中在仍處於液態的部分。因此,一般說來,火成岩中不會有那麼多「不和合元素」。月岩標本透露了月球地殼已經演化到極為複雜的階段,換句話說,月球並不是個原始星球。

當年,阿波羅太空船繞月飛行時,以γ光譜儀掃描過月球表面,發現阿波羅12號、14號登陸地點附近,放射性元素含量特別高。不過,直到一九九八年,「月球測繪者」(Lunar Prospector)無人太空船以γ與中子光譜儀,對月球表面做了全面的地質化學分析,科學家才明白,原來阿波羅12號、14號、15號的降落地點,「不和合元素」特別豐富,而其他三次的登陸地點,也接近在地質化學上極為反常的地區。

專家綜合所有資料,推測月球形成地心、地函、地殼的過程,並不是對稱發展的。最後一團岩漿集中在月球近地面的西北象限,當時已含有豐富的「不和合元素」。那裡形成地殼後,遭過巨大小行星的撞擊,於是含釷量特別高的岩屑,四散到周圍地區。阿波羅登月小艇的登陸地點,附近地面許多岩石都是當年的撞擊熔岩屑,難怪釷與其他「不和合元素」的含量特別高。

大多數月隕石裡,釷的含量都不高,以質量計,通常低於百萬分之一,這些月隕石必然來自遠離月球近地面西北象限的廣大區域,尤其是背對地球的那一面。阿曼月隕石卻不同,它的釷含量高得離奇,其他「不和合元素」的含量也很高,甚至比阿波羅太空人帶回來的月岩高,因此科學家推測它必然來自月面上的釷熱點(釷最豐富的地點)。這可不算巧合:要是地球上的月隕石是代表月岩的隨機樣本,發現一塊標本出自那些熱點是遲早的事。

月球上的「海」

阿曼月隕石裡有兩種岩石,核心是撞擊熔岩屑,體積占87%,外面裹著地表風化層的岩屑。科學家仔細分析後,認為這塊月隕石經歷過四次撞擊事件才形成,以放射性元素定年法計算,那四次撞擊事件分別發生在三十九億年前、二十八億年前、兩億年前、三十四萬年前。不過,在討論那些撞擊事件前,我們得先談談月球表面的「海」。

月球表面有許多面積廣大的玄武岩平原,都以湖、海命名,例如老鷹號就在「寧靜海」登陸。事實上,那些地方原先都是巨大小行星撞擊出來的大盆地,與湖、海毫無關係。撞擊當時與後來,盆地邊緣的火山爆發,岩漿漸漸灌入盆地,才造成一片平坦的玄武岩平原。「寧靜海」西北的「雨海」(Mare Imbrium),直徑1,160公里,是月面上最大的撞擊盆地,正位於釷元素含量最豐富地區的中心。

滄桑史

學者推測,阿曼月隕石的歷史大概是這樣的:

首先,三十九億年前,一顆巨大的小行星造成了「雨海」。撞碎、熔化的岩石混合,再凝固,形成阿曼隕石的岩核。

二十八億年前,一顆小行星在雨海南方撞出拉藍德(Lalande)隕石坑(直徑25公里),深處的岩石都炸了出來,包括阿曼隕石的岩核,堆積在隕石坑四周,與當地的月球表土混合一氣。

兩億年前,另一顆小行星將阿曼隕石炸到地表附近(距地表50公分之內)。

三十四萬年前,又有一顆小行星擊中月球,造成一個直徑幾公里的隕石坑。這一次,阿曼隕石給炸飛月球。科學家仔細研究最新的月面照片,發現拉藍德隕石坑北北東方七十公里處,有個直徑三公里的年輕隕石坑,認為阿曼隕石可能是從那裡飛出月球的。大約三十萬年前,它落入地球引力圈;九千七百年前,墜入地球大氣層,落到阿曼大公國境內。
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