直到大约十年前，科学家们还认为他们对月球和地球是如何共存的有了很好的了解。然而，更精确的测量结果却把一切都搞砸了，科学家们仍在努力调和它们。
作为这项努力的一部分，包括芝加哥大学宇宙化学家尼古拉斯·道普(Nicolas Dauphas)在内的一个团队对月球岩石中的氧同位素进行了迄今为止规模最大的研究，发现月球和地球的构成存在微小但可测量的差异。
这项研究发表在3月28日的《科学进展》杂志上，它提出地球在其生长的主要阶段获得了大部分的水——这与一个流行的理论相反。
关于月球起源的最广泛接受的理论推测，一个巨大的物体以足够的速度撞向原始地球，导致两个物体的一部分断裂并形成了月球。地球有一小部分月球，月球有更多的地球，但它们基本上是不同的物体。早期的测量——许多是由已故的芝加哥大学地球化学家罗伯特·克莱顿进行的——并没有足够的精度来区分月球和地球。
但是在过去的十年里，Dauphas说，很明显这幅图并不完全正确。元素可以有不同的形式，被称为同位素，这些给科学家提供了关于岩石起源的线索。随着测量同位素方法的改进，科学家们发现了月球和地球之间惊人的相似之处。这被称为“月球同位素危机”，对于月球形成的主要理论来说，这是一个问题，因为对于太阳系中的两个随机物体来说，同位素不太可能完全相同。
“在我看来，这是现代行星科学中最引人注目的问题之一，”起源实验室主任、地球物理科学系和恩里科费米研究所(Enrico Fermi Institute)教授道法斯说。“现在它是完全开放的。还在问这个问题真是太棒了。”
一种解释匹配同位素的理论是这样一种情景:原始地球被一次或多次巨大的撞击完全蒸发，它和月球都是由云层形成的。但一个主要的不确定因素是，科学家们对月球岩石和陆地岩石之间的氧同位素差异有多大得出了不同的结论。
为了澄清这个问题，研究人员以极高的精度测量了月球和陆地岩石的氧同位素。他们发现这两个天体之间的同位素差别很小，但可以检测到。
为了解释接近的匹配，作者转向水。一种流行的理论是，地球在大撞击之后获得了大部分的水，因为更多的含有冰的物体撞击地球，成为陨石。这个术语用来描述它是后期贴面，意思是水作为贴面被送到地球后，地球已经完成了它的生长。
但是，如果地球上的大部分水是通过后来的陨石提供的，这将显示出比研究人员测量的同位素差异更大——因为含水的陨石含有不同寻常的氧同位素混合物。
他们的模型表明，地球上只有5%到30%的水会在大撞击之后到达陨石上。
道法斯指出，这幅图景仍在不断演变，因为根据你测量的元素，可以发现月球和地球之间的差异。他说:“氧气、钛、钨——这些仍然让我们夜不能寐。”
Dauphas说，行星如何获得水的问题之所以有趣，有很多原因，包括寻找可能有水的遥远系外行星，从而寻找类似的生命。
英国开放大学的理查德·格林伍德领导了这项研究。其他合著者来自英国南极调查局、伦敦自然史、西布列塔尼博物馆大学和法国经济与统计研究中心。
引文:“在高能月球形成巨大冲击之前，地球水的氧同位素证据”，Greenwood等人，2018年3月28日，《科学进展》。DOI: 10.1126 / sciadv.aao5928
资助:英国科学技术设施理事会。