这颗行星曾与地球同归于尽，科学家找到了它存在的证据
环球科学约 4 分钟艺术家描绘的行星忒伊亚撞击远古地球、形成月球的场景。图片来源：MPS/马克·A.加利克（Mark A. Garlick）
撰文｜亚采克·克里夫科（Jacek Krywko）
翻译｜巢栩嘉
大约45亿年前，行星忒伊亚（Theia）猛烈撞击地球，在自我毁灭的同时熔化了地球的大部分地幔，并抛射出一个巨大的碎片盘。这些碎片后来聚集在一起形成了月球。长期以来，科学家一直对忒伊亚的成分和起源感到好奇。如今，他们找到了证据：这颗神秘行星诞生于离地球不远的地方。
20世纪70年代提出的月球形成大撞击理论曾推测，月球主要由撞击天体的物质构成。按照这一设想，月球与地球在化学成分上应存在明显差异。然而后续研究却发现，两者几乎完全相同——相似程度远超两颗独立行星体应有的水平。最近发表于《科学》（Science）的一项研究，深入考察了忒伊亚除月球之外留给地球的其他“遗产”：碰撞过程中额外留在地球上的钼和铁元素。
德国马克斯·普朗克太阳系研究所行星科学部主任索斯藤·克莱内（Thorsten Kleine，这项研究的合著者）解释道：“对原始地球而言，这类重元素应该富集到地核中，而不是在靠近地表的岩石地幔中。因此，如今地幔中存在的铁，极有可能源自忒伊亚。通过分析这些铁，我们就能推断出那颗行星的成分。”
克莱内和同事分析了15份地球岩石样本，以及阿波罗任务带回地球的6份月球样本。他们首先聚焦于铁的同位素——即中子数不同的铁元素变体。尽管太阳系内的岩石和行星铁同位素分布近乎一致，但近年来，克莱内和部分合作者发现，铁同位素比值与标准值的微小偏差可以追溯样本的起源地。克莱内说：“铁同位素异常现象是近几年才被发现的，我想这大概就是此前没人用这种方法研究月球的原因，分析难度很高，而且同位素变化幅度非常微小，实验做起来并不容易。”研究团队将铁同位素数据，与同一批样本中钼和锆的同位素分布结合起来，反向推演出忒伊亚可能的大小和成分。他们还将这些测量结果与20颗陨石样本的数据进行比对，其中一些陨石来自太阳系内侧，另一些则来自外侧，从而确定忒伊亚的诞生位置。
这项新研究揭示：忒伊亚是一颗拥有金属核心的岩质行星，其质量约为地球的5%至10%，并且形成于太阳系内侧，比地球更靠近太阳。克莱内表示，这项结论与此前解释“为何地球与忒伊亚如此相似”的假说高度吻合；只是过去我们并不清楚忒伊亚究竟从何而来。
早在2020年，克莱内与其他科学家就已证明：形成时越靠近太阳的天体，其重元素含量越高。依据这一原理，研究团队发现地球的钼锆含量略高于理论值，并推断这些额外的重元素正是由忒伊亚带来的。研究团队将这些信息与铁同位素的发现相结合，最终揭示了忒伊亚的起源之谜。
英国伦敦自然历史博物馆（Natural History Museum, London）高级研究员、行星科学家萨拉·罗素（Sara Russell，并未参与此项研究）盛赞作者们对铁同位素测量的极高精度。对她而言，这项研究的意义远不止揭示忒伊亚的起源——它还帮我们理解地月系统如何最终演化出生命诞生的条件。“这项严谨的工作与富有洞察力的建模，让我们对自己的起源有了更深刻的认识。”她说。
克莱内表示，团队尚未基于新提出的场景开展大碰撞数值模拟，但他期待尽快推进这项工作，并进一步分析月球样本，寻找其他元素的同位素线索。
罗素则希望，未来的采样返回任务能推动这类研究更上一层楼。她说：“令我惊叹的是，在阿波罗宇航员从月面采集这些岩石50多年后，我们仍在不断发现关于月球和地球的新知识，把太空样本带回地球妥善保存，不仅使我们能进行比太空中更精细的测量，还能让后代继续从中做出属于他们自己的发现。”
本文来自《环球科学》2026年2月刊前沿栏目。
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