早期地球与忒伊亚碰撞的艺术构想图。由于忒伊亚起源于内太阳系，在此视角下可以看到背景中的太阳。
关键要点
重建忒伊亚的构成：《科学》杂志的一项新研究确定了忒伊亚——这个与早期地球相撞的古老行星体——最可能的化学成分。
其诞生地的线索：重建的忒伊亚组成表明其起源于内太阳系，并暗示其形成位置甚至比地球更靠近太阳。
月球岩石作为证据：科学家们分析了阿波罗任务带回的月球样本，首次利用其精确的铁同位素比率来追溯忒伊亚的起源。
大约45亿年前，一个被称为忒伊亚的大型原行星撞击了我们的星球，这一戏剧性事件改变了年轻的地球。科学家们仍无法完全重建撞击过程或后续事件，但其后果是明确的。这次碰撞改变了地球的大小、结构和轨道，并最终导致了月球的形成，自此月球便成为我们在太空中永恒的伴侣。
这引发了几个重要问题。是什么物体如此猛烈地撞击了地球？忒伊亚的质量有多大，由什么组成，它又起源于太阳系的哪个区域？这些问题仍然充满挑战，因为忒伊亚在这次相遇中未能幸存。即便如此，与其存在相关的化学线索仍保留在现代地球和月球之中。一项由马克斯·普朗克太阳系研究所和芝加哥大学的研究人员进行并于2025年11月20日发表在《科学》杂志上的新研究，利用这些线索重建了忒伊亚的可能成分，并确定了它可能形成的位置。
“一个天体的组成记录了其整个形成历史，包括其起源地。”——托尔斯滕·克莱内，马克斯·普朗克太阳系研究所所长，新研究的合著者。
同位素作为天体古老起源的记录
某些金属同位素的比例为了解天体的过去提供了宝贵的见解。同位素是同一元素的不同形态，仅原子核中的中子数（因而质量）不同。在早期太阳系中，这些同位素的分布并不均匀。靠近太阳的物质所含的同位素比率与在更远处形成的物质略有不同。因此，一个天体的同位素组成保留了其构建材料最初形成区域的信息。
在地球和月球岩石中追踪忒伊亚的特征
在这项新研究中，科学家以前所未有的精度测量了地球和月球岩石中的铁同位素比率。他们分析了15个地球样本和6个阿波罗任务带回的月球样本。研究结果与之前关于铬、钙、钛和锆同位素的研究一致：地球和月球在这些比率上没有显示出可测量的差异。
然而，这种高度匹配并不能直接揭示忒伊亚是什么样子。多种碰撞模型仍可能产生相同的最终结果。在某些情景中，月球主要由忒伊亚的物质形成。在另一些情景中，早期地球贡献了大部分物质，或者两个天体混合得如此彻底，以至于它们各自的特征无法区分。
从化学证据重建一颗消失的行星
为了更多地了解忒伊亚，研究团队将地月系统视为一个可以逆向求解的谜题。通过考虑在两个天体中发现的一致同位素特征，他们测试了可能的忒伊亚成分、大小以及早期地球特性的各种组合，这些组合可能产生了我们今天观察到的最终状态。
他们的分析包括了铁、铬、钼和锆同位素。每种元素都提供了关于行星形成不同阶段的信息。
在与忒伊亚碰撞的很久以前，早期地球经历了一个内部分异过程。随着地球金属地核的形成，铁和钼等元素向内迁移并集中在那里，导致地幔中这些元素的含量大大降低。因此，现在在地球地幔中发现的铁必定是在地核形成之后才到达的，可能是由忒伊亚带来的。而像锆这样留在地幔中的元素，则记录了行星形成的完整历史。
陨石作为忒伊亚诞生地的线索
当研究人员比较了忒伊亚和早期地球成分所有数学上可能的组合时，他们发现有些结果极不可能。
“最令人信服的情景是，地球和忒伊亚的大部分构建材料都起源于内太阳系。地球和忒伊亚很可能是邻居。”——蒂莫·霍普，马克斯·普朗克太阳系研究所科学家，新研究的主要作者。
早期地球的组成大部分可以用已知陨石类型的混合物来解释。忒伊亚则不同。陨石起源于太阳系的特定区域，可作为行星形成时期可用物质的参考点。就忒伊亚而言，数据表明其成分无法完全匹配任何已知的陨石群。相反，结果表明忒伊亚的一些构建材料甚至来自比地球自身源区更靠近太阳的地方。根据研究团队的计算，忒伊亚最有可能在地球轨道内侧形成，之后两个天体最终发生了碰撞。
