月球——银河系的“日记本”

纪晓

很久以前，太阳是怎么样的？银河系又发生了什么不得不说的故事？想知道这些秘密的话，来月球翻阅一下它记载的“日记”吧。

月球如何写“日记”

运用地层覆盖、撞击坑密度统计分析以及月岩同位素测年法等方法，科学家推测，月球的年龄大约有44亿～46亿岁。在这么漫长的岁月中，月球日夜暴露在太空环境中，长年累月地接受着来自太阳和银河系的其他星体发射的高能粒子辐射。这些粒子“灼伤”了月球，并与月球表面的其他物质发生反应，这就是月球记录下的“宇宙日记”。

你可能会说，这些日记地球也有记录，为什么我们不在地球上寻找“宇宙日记”呢？太阳风（即太阳发射的高能粒子）会吹遍整个太阳系，但是这些高能带电粒子却很少到达地球表面。这是因为地球上方覆盖着一个磁层，它会改变这些带电粒子的路径，让粒子在与地球相撞前转向，地球两极出现的炫彩极光，就是地球磁场与太阳风在相互作用。同时地球还有一个厚厚的大气层，大气层也会吸收这些粒子，因此高能粒子几乎不能与地表相遇，也就谈不上记录“日记”了。

但是月球就不一样了，尽管在它刚形成时的短暂时期可能曾经存在磁场，但现在基本已检测不到月球磁场的存在了。而且，月球几乎没有大气的存在，所以太阳风可以直接到达月球表面。每个小小的太阳粒子与月尘相撞后，都会在月尘上撕开一个微小的孔，甚至改变月尘的元素组成。因此，通过研究月尘的化学结构，我们可以看到太阳活动的记录。

除了太阳外，银河系的其他星体活动也会发射高能粒子，比如巨大恒星死亡时发生的超新星爆炸。这些活动释放出的粒子通常具有比太阳风更大的能量，以至于能在月岩上留下“明显”的伤痕，这些痕迹可以在显微镜下被观察到。同时，宇宙射线还可以改变重钙石的分子组成，使其发生核裂变。读懂“月球日记”，我们就能了解更多宇宙秘史。

日记本中的太阳纪事

1969年以来，美国阿波罗计划相继六次登月，苏联月球1号三次登月，共取回380多千克月岩、卵石和月壤，开展了丰富的月球地质研究。2020年12月，中国嫦娥五号采集了月球样品1731余克。从这些“日记”中，科学家们读到了多少故事呢？

太阳系中目前发现了八大行星，其中火星有着与地球相似的地质环境，金星厚厚的大气层中有适合生物生存的一些条件，但是在这些星球上至今都没能找到生命活动的痕迹，而地球却是生机盎然。这是为什么呢？

这个问题的答案就记载在月球“日记”中。美国宇航局的天体物理学家普拉巴·萨辛那带领的团队检测了从月球带回的岩石样本，发现月球岩石跟地球上的相比有着不同的化学组分，月岩中的钾和钠等元素的含量明显更少。科学家们认为，这是因为太阳风将这些化学物质从月球表面剥离，而地球的大气层则减弱了太阳风的影响。

同样的事情还发生在太阳的“婴儿期”。40亿年前，当太阳还是一个婴儿的时候，它经历了强烈的辐射爆发，向外喷射出灼热的高能粒子。这些高能粒子来到地球上，通过引发化学反应激发了地球上的生命萌芽，从此地球上出现了生命。可是，同样的太阳风却刮走了其他星球的大气层并夺走了星球本身的营养物质，阻止了其他星球上的生命出现。之所以会出现这样的区别，是因为火星、金星等星球磁场弱，大气环境更易被太阳风破坏，而地球有磁场护体，太阳风不但没有损害地球的大气层，反而促进了生命的诞生。

月球记载的银河大事

在过去的900万年里，距离地球约300光年的地方，曾經发生过多次超新星爆炸，这些事件不仅改变了地球的气候，还曾导致小规模的生物灭绝事件。这些故事是科学家最近从月壤中读到的。

过去，科学家认为，只有在距离地球25光年的范围内发生的超新星爆炸，才能使地球受到足够强的辐射，从而导致大规模的物种灭绝，而几百光年之外的超新星爆炸则不足为惧，但近年陆续发现的证据改变了这种想法。美国沃什伯恩大学的一个研究小组观察了一颗距离地球约325光年的超新星的爆炸事件，结果发现它辐射出的高能粒子能量比太阳风更强，能传播几百光年到达地球，甚至穿过地球磁场，对地球生物造成影响。

曾有研究小组从地球深海沉积物的样本中检测到大量的铁-60，经分析，这些物质的年龄约有200万～800万岁，研究小组推测，这些铁-60是超新星爆炸后落到地球上的。2016年，这个小组在月球土壤样本中也检测到了铁-60，且这些铁-60的年龄与地球深海沉积物中的一样。此外，在月壤样本中，研究人员还发现了钙-41和锰-53等元素，这些元素提示了同样的超新星爆炸发生的时间。

最终，研究小组计算出，大约在260万年前，距离地球约300光年的地方发生过一次超新星爆炸。这次爆炸产生的粒子影响了地球云层，从而使地球变冷，还使地球上一些群体规模较小的物种灭绝了，并且让生物们发生了一些基因突变，从而可能引发了一次物种的多样性进化。

月球能提供的宇宙信息还不止如此。科学家曾提出过这样一个想法，可以在古老岩石中寻找暗物质存在的证据：当暗物质穿过岩石微粒时，它们会在某些矿物中留下损伤痕迹。为了减少地质活动和人类活动的影响，他们在地球深处寻找古老的岩石，但是挖掘工作危险重重，而且还得花大量时间证明岩石中遗留的痕迹不是受中子、太阳中微子或其他物质影响产生的，而仅仅是受暗物质的影响。用月岩来寻找暗物质也许是更好的选择，它的年龄足够大，很有可能遭遇过多次暗物质的撞击;而且在月球上也几乎没有受到地质活动和人类活动的影响，暗物质存在的痕迹（如果有的话）更容易长久保留。

宇宙中还存在着许多未解之谜，而月球“日记”很可能帮助我们解开其中的某些重大谜团。进军月球，方兴未艾。