大约45亿年前，忒伊亚行星撞击地球，忒伊亚自身毁灭，地球地幔的大部分熔化，并喷射出一个巨大的碎片盘，后来形成了月球。科学家们长期以来一直想知道忒伊亚是由什么构成的，以及它来自哪里。现在，他们找到了证据，表明它形成于离地球非常近的地方。

20世纪70年代提出的月球形成巨型撞击模型预测，月球主要由忒伊亚的物质构成。这一理论认为，月球和地球的化学成分应该存在差异，但研究发现，两者几乎完全相同——远比两个独立的行星体应有的相似度要高。发表在《科学》杂志上的一项新研究，仔细考察了忒伊亚除了月球之外还带给我们的其他物质：撞击后遗留下来的额外钼和铁。

该研究的合著者、德国哥廷根马克斯·普朗克太阳系研究所所长托斯滕·克莱因表示，远古地球的这些重元素会在地核中积累，但不会在靠近地表的岩石地幔中积累，因此，现在地球地幔中存在的任何铁都可能来自忒伊亚，并且可以告诉我们该行星的组成。

克莱恩和他的同事分析了阿波罗计划带回地球的15块地球岩石和6个月球样本。他们首先关注的是铁同位素：即中子数不同的铁元素变体。太阳系中的岩石和行星的铁同位素分布几乎完全相同，但在过去几年里，克莱恩和这篇新论文的一些合著者发现，铁同位素比值的某些微小偏差可以揭示样本的来源地。“铁同位素异常的发现相对较新，我想这就是为什么迄今为止还没有人对月球进行过类似的研究，”克莱恩说。“这些分析难度很大，而且变化幅度很小，所以这不是一项容易进行的实验。”

研究团队将铁同位素数据与在相同样本中发现的钼和锆的同位素分布数据结合起来，从而反向推算出忒伊亚的可能大小和成分。研究人员还将测量结果与来自太阳系内外20 颗陨石样本的测量结果进行了比较，以确定忒伊亚的起源地。

这项新研究揭示，忒伊亚是一颗岩质行星，拥有金属内核，其质量很可能只有地球的百分之五到百分之十，并且形成于内太阳系，比地球更靠近太阳。克莱恩表示，这一发现与之前关于这些天体为何如此相似的假设相吻合；我们之前并不清楚的是它的确切形成地点。

早在2020年，克莱恩和其他科学家就证明，形成于太阳附近的星体富含钼等重元素。基于这一原理，克莱恩和这项新研究的合作者们估计，地球上的钼和锆含量略高于正常水平，并推测这些额外的重元素必定是由忒伊亚带到地球的。他们将这些数据与之前对铁的研究成果结合起来。

“作者们以极高的精度进行了新的铁同位素测量，”伦敦自然历史博物馆行星物质研究组负责人、行星科学家萨拉·罗素（Sara Russell）说道，她并未参与这项新研究。在她看来，这项研究的意义远不止于揭示忒伊亚的起源——它还有助于我们理解是什么最终将地球-月球系统塑造成了生命的摇篮。“这项严谨的工作和富有洞察力的建模有助于我们更好地了解自身的起源，”她补充道。

克莱恩表示，该团队尚未通过模拟巨大撞击来运行他们提出的方案，但他期待进行这些模拟，以及分析月球样本以寻找其他元素同位素。

罗素希望未来的样本返回任务能够促进这类分析。“令我惊叹的是，自从阿波罗宇航员从月球表面采集岩石样本以来，50多年过去了，我们仍然在不断了解月球和地球的新知识，”罗素说。“在太空采集样本并带回地球进行保存，意味着我们可以进行比在太空中更详细的测量，并将样本保存下来，供后代进行他们自己的发现。”