月球一直是人類感興趣的一個話題。但直到伽利略時代，研究人員才開始認真研究它。在近五百年的時間裡，研究人員對月球是如何形成的提出了各種各樣、極具爭議的觀點。蘇黎世聯邦理工學院的地球化學家、宇宙化學家和岩石學家現在則對月球的起源故事有了新的認識。

該研究小組的研究結果最近發表在《Science Advances》上，其證明了月球從地球地幔中獲得了本土惰性氣體–氦和氖。這一發現加強了對已被廣泛接受的“巨大撞擊”理論的嚴格約束，該理論認為地球和另一個天體激烈碰撞後形成了月球。

從月球到南極洲的隕石

Patrizia Will檢查了NASA為她在蘇黎世聯邦理工學院的博士工作提供的南極收集的六個月球隕石樣本。這些隕石是由玄武岩構成，玄武岩則是在岩漿從月球內部湧出並迅速冷卻時產生的。在它們形成後，額外的玄武岩層開始覆蓋它們並使岩石免受宇宙射線，特別是太陽風的影響。冷卻過程導致了在岩漿中發現的其他礦物中產生了月球玻璃顆粒。

Will和研究小組發現，這些玻璃顆粒仍有來自月球內部的氦和氖的化學指紋（同位素特徵）。他們的結果提供了令人信服的證據以證明月球繼承了地球本土的氣體。“第一次在月球的玄武岩材料中發現太陽氣體，而這些氣體跟月球表面的任何暴露無關，這是一個令人興奮的結果，”Will說道。

由於沒有大氣層的保護，小行星不斷地砸向月球表面。很可能需要一次高能量的撞擊才能將隕石從熔岩流的中間層彈出，這類似於被稱為月球海的廣闊平原。最終，這些岩石碎片以隕石的形式進入地球。許多這些隕石樣本是在北非的沙漠中撿到的，或在本例中，在南極洲的“寒冷沙漠”中撿到，在那裡它們更容易被發現。

在蘇黎世聯邦理工學院的惰性氣體實驗室裡有一台最先進的惰性氣體質譜儀，名為Tom Dooley–在感恩而死的同名歌曲中唱到過。該儀器的名字來自於以前的研究人員，他們曾一度將高度敏感的設備懸掛在實驗室的天花板上以避免日常生活中的振動干擾。

通過使用Tom Dooley儀器，研究小組能夠測量來自隕石的亞毫米級玻璃顆粒並排除了太陽風作為檢測到的氣體來源。他們檢測到的氦氣和氖氣的豐度比預期的高得多。

Tom Dooley非常敏感，事實上，它是地球上唯一能探測到如此最低濃度的氦和氖的儀器。它被用來探測默奇森隕石中70億年前的顆粒中的這些惰性氣體–這是迄今為止已知最古老的固體物質。

知道在NASA龐大的約7萬塊經批准的隕石收藏中尋找什麼代表著向前邁出了一大步。蘇黎世聯邦理工學院教授Henner Busemann是地外惰性氣體地球化學領域的世界領先科學家之一，他說道：“我堅信，將有一場研究隕石材料中重惰性氣體和同位素的競賽。”他預計，很快研究人員將尋找諸如氙氣和氪氣等更難識別的惰性氣體。他們還將在月球隕石中尋找其他揮發性元素如氫或鹵素。

Busemann評論道：“雖然這些氣體不是生命所必需的，但了解這些惰性氣體中的一些是如何在月球的殘酷和暴力的形成過程中倖存下來的將是非常有趣的。這樣的知識可能有助於地球化學和地球物理學的科學家創建新的模型，更普遍地顯示這種最易揮發的元素如何在我們的太陽系和其他地方的行星形成中幸下來。”