地球和月球的地幔成分不同。这是“大碰撞假说”的致命缺陷吗?

Question

月球上的深撞击喷射物似乎表明，月球的地幔主要是“低钙辉石”(最近给《自然》杂志的一封信)，而地球的地幔(或至少是上地幔)主要是橄榄石，只有~15%的辉石。那么，如果地球和月球有一个共同的起源，这种差异是如何产生的呢?我能想到的唯一可能就是硅酸镁确实发生了部分分馏在太空中，然后落到地球或月球上，密度稍高的橄榄石落到了地球引力大的地方，密度较低的辉石落到了引力小的原月球上。这可能吗?是否有地球-月球地幔共通性的同位素证据?

Answer 1

我强烈推荐这篇来自行星协会。这是2012年的数据，但我相信科学仍然站得住脚。作者本人因其在向公众传播空间科学方面的贡献而获得认可(她有一颗小行星以她的名字命名!!)

它并没有通过同位素分析来解决你关于大碰撞假设是否存在缺陷的问题，而是通过GRAIL任务的重力异常分析来解决。

• 地壳均衡、重力和月球:GRAIL任务第一个结果的解释。艾米丽·拉克达瓦拉于2012年12月11日撰文

在深入探讨主要论点之前，本文首先给出了重力异常是如何形成和测量的一些信息。

总之(所有的错误都是我的)，通过对重力异常的各种分析，并在文章中链接了3篇科学论文，GRAIL任务已经确定月球具有高度断裂和高度混合的地壳。地壳比以前认为的要薄得多，在一些地方，地壳接近甚至0公里深，这使得地幔矿物暴露在地表。地壳出人意料的多孔性支持了地球/月球的共同起源，而在此之前，假设的数字不匹配，使大碰撞假说受到了一些怀疑。

文章最后提到了一个现有的理论，即月球是如何形成的，同时仍然创造了我们今天看到的观察到的特征。

---

在文章的一半，在讨论了Airy和Pratt均衡之后，文章开始提到观察到的结果。当观察月球的布格引力时，

现在，月球的地壳密度应该有局部的、小规模的变化，这是由于当地的地质情况;事实上，这些变化是小而平滑的，这意味着(Zuber在展示这些结果时认为)撞击坑已经完全撞击、粉碎、破碎、混合和重新混合了地壳的上层几公里，完全均质化了它。以前的月球引力地图没有足够的细节来看到地形和重力之间的美丽匹配;这是GRAIL的新结果。

在进一步讨论关于月球表面密度的一些结果后，

关于这幅地图，有一件非常令人惊讶的事情。平均密度为每立方米2550公斤。这比人们对月球地壳的假设要低得多;事实上，它比花岗岩的密度还低。我们知道高地地壳是由什么组成的，我们有它的样本:组成地壳的矿物密度大约是每立方米2800-2900公斤。Wieczorek说，月球的密度如此之低，它一定是多孔的，断裂的，破裂的，有12%的空隙空间，在表面以下几公里的深度。这是GRAIL的一个重要结果。这次任务让我们有了x射线视野，可以看到月球表面几千米以下的地壳完全破碎了。在地壳非常薄的地方，即使是最上面的地幔也可能断裂和多孔。

这是文章开始讨论地幔矿物的地方，特别是你提到的橄榄石。(重点是我的)

这张地图显示，在一些撞击盆地(特别是Crisium和Moscoviense)和南极艾特肯盆地(Humboldtianum, Apollo和Poincaré)内的一些最深的陨石坑下，地壳厚度接近于零。地壳远端达到了60公里的高度。Kaguya的成分数据支持GRAIL的结论。有证据表明，地幔矿物橄榄石恰好暴露在GRAIL发现的地壳最薄的地方:Crisium、Moscoviense和Humboldtianum。

Wieczorek和他的同事计算出的地壳平均厚度为34-43公里，远低于之前的假设。为什么这很重要?因为当你计算出月球的体积组成时，考虑到月球的外壳更薄，你最终得到的铝丰度的数字与地球的铝丰度比以前更匹配。在此之前，一个明显的成分不匹配一直是困扰月球形成的大碰撞假说的问题。GRAIL的结果使得成分匹配。

在文章的结尾，文章提到了肖恩·所罗门关于月球如何形成的想法。

andrew - hanna指出，一些理论家已经准确地预测了这种情况。他引用的这篇论文是由信使号水星任务的首席研究员肖恩·所罗门(Sean Solomon)撰写的，他试图解释如果月球没有收缩，水星为什么会有由全球收缩引起的皱纹脊。

如果你把月球凝聚成碰撞后绕地球运行的碎片环，月球的第一个核实际上会相当冷。随着它的增长，物质撞击原始月球的能量不断增加，这将使月球地幔比其内部深处更热;你可能会得到一个凉爽的固体中心，周围是热的液体地幔。来自地幔的热量需要时间才能传播到内部;当它这样做的时候，变暖的月球中心就会扩张，产生的全球伸展应力恰好可以形成这组堤坝。该模型也认为这种扩张发生在正确的时间:在月球5亿岁之前，也就是在盆地形成的影响结束之前。

---

我希望我正确理解了这篇文章，它有助于回答你的问题。尽管途径不同。