月球的外層（殼幔層）是極度貧「鐵」的。更準確的說，是月殼幔裡的鐵鎳金屬以及高度親鐵元素（highly siderophile elements，簡稱HSEs，包括：金Au、銥Ir、鋨Os、鈀Pd、鉑Pt、錸Re、銠Rh、釕Ru）是非常匱乏的。
這倒沒什麼奇怪的。
01 先天貧「鐵」的月球殼幔
本來嘛，大型固態天體的外層都是相對貧「鐵」的，因為它們都經歷過「熱分異」過程——在極熱的早期，這些天體很可能都經歷過一段熔融炙熱的冶煉爐時期，那時候的天體表面沒有固態的巖石，而是全球性的「巖漿海洋」，於是這些天體上原本的親鐵元素都隨著較重的鐵鎳金屬一起「沉」入了內部，形成內核。
這也是我們熟悉的水星、金星、地球、月球和火星有金屬核的原因。
大型巖質天體熱分異的大致過程。又雙叒叕見這張萬能的圖orz。製圖：haibaraemily
更何況，月球還先天不足——人家原本鐵就少。人們早就發現，同樣是固態天體，月球的密度卻只有地球的60%，究其原因，其實就是月球的鐵核相比於地球要小得多。
月球整體上比地球要貧鐵，這一顯而易見的事實也是支持月球大撞擊起源的一大有力證據。
月球到底是如何形成的？嚴格來說至今還沒有定論。但迄今為止最被廣為接受的一種可能性，就是著名的大撞擊假說（Giant Impact Hypothesis）了。
大約45億年前的一天，一顆火星大小的天體從天而降，傾斜撞向了尚未完全長成的「雛形」地球。劇烈的撞擊迅速粉碎和融化了這個火星大小的天體，也把地球的一部分物質撞了出來。這些碎屑物質散落在地球四周，又通過引力和碰撞重新聚集吸積起來，形成了如今的月球[2, 3]。
如果這個假說是真的，那麼大撞擊發生的時候，地球應當已經完成了熱分異——也就是說，地球內的鐵核已經形成了。而這次大撞擊只是剝下了一部分貧鐵的地殼和地幔而已，這些物質再和原本可能攜帶著正常鐵含量的撞擊體碎屑一混合，可不就把月球的鐵含量生生給拉低了麼。
不過呢，這個「先天貧鐵」倒是未必會讓月殼幔的親鐵元素比地殼幔低上很多——因為成形之後的月球也必定經歷了熱分異，親鐵元素也基本上被「拖」入了內核。簡單來說呢，就是月殼幔的親鐵元素含量和地殼幔裡的應該差不多——都基本沒剩什麼。
但事實上並不是這樣的。來自月球和地球巖石樣本都顯示，月殼幔和地殼幔裡都還是有一定含量的親鐵元素的。
這又是咋回事？
02後期吸積：沒關係，還能再搶救一下
原因很簡單：因為大家並不是在40多億年完成了熱分異就完事兒了——大家都還在不斷「進化」的。
沉是沉進去了，留是留不下來的，但還可以有外援補給不是？
在地核和月核形成之後，太陽系內的劇烈撞擊並沒有停止，大量的小行星和彗星不斷撞擊地球和月球的表面，給它們（當然，對火星水星什麼的也是也是一樣的）帶來了大量「外來」物質，其中就可能有水和有機物（詳情參見：地球上的水形成於什麼時候？月亮告訴你答案），當然，也會帶來各種親鐵元素——這個過程叫作「後期吸積」（late accretion）。
也就是說，月殼幔和地殼幔裡的親鐵元素含量很大程度上反映的並不是它們的原生含量，而是後期吸積過程的結果。
那麼月球和地球在後期吸積過程中獲得的「補給」是一樣多的麼？怎麼可能嘛。
即使它們一直受到相同類群的小天體撞擊，被撞上的概率也是不同的——地球的引力更給力，也就更容易被小天體們撞上，這個「難易」比例大約是20:1 [4]。被小行星/彗星撞上，對如今的我們來說絕對不是一件好事，但對40多億年前的地球來說，卻很可能是帶來活力和生命之源的「天降寶藏」。
照這個比例來粗略估算的話，地球後期應當收到了大約20倍於月球的撞擊「額外補給」。
然而，通過月球和地球巖石樣本裡的高度親鐵元素HSEs含量來反推的結果完全不是這樣：如果我們假設這些外來的撞擊體平均成分和太陽系中最為廣泛存在的一種古老隕石——球粒隕石的成分差不多的話，那麼地球後期受到的「撞擊補給」可比月球多多了——大約是月球的1200倍[5]！
動力學撞擊概率 vs 地球化學測量，到底哪裡出了問題？
一個很自然的推理是：會不會地球實際受到的撞擊比理論估計的要多得多？除了原本因為引力差異造成的20倍差異之外，會不會還有某些尺寸的小行星因為某種原因特別喜歡撞地球？或者，會不會是地月系統受到的小行星撞擊量曾經發生過突變？[5-7]
2019年，《自然》雜誌一篇論文，給出了新解釋。我們下期繼續~
03參考資料
[1] Zhu, M. H., et al. (2019). Reconstructing the late-accretion history of the Moon. Nature, https://doi.org/10.1038/s41586-019-1359-0
[2] Hartmann, W. K., & Davis, D. R. (1975). Satellite-sized planetesimals and lunar origin. Icarus, 24(4), 504-515.
[3] Canup, R. M., & Asphaug, E. (2001). Originof the Moon in a giant impact near the end of the Earth's formation. Nature,412(6848), 708.
[4] Bottke, W. F., Levison, H. F., Nesvorn, D., & Dones, L. (2007). Can planetesimals left over from terrestrial planet formation produce the lunar Late Heavy Bombardment?. Icarus, 190(1), 203-223.
[5] Bottke, W. F., Walker, R. J., Day, J. M., Nesvorny, D., & Elkins-Tanton, L. (2010). Stochastic late accretion to Earth, the Moon, and Mars. science, 330(6010), 1527-1530.
[6] Schlichting, H. E., Warren, P. H. & Yin, Q.-Z. The last stages of terrestrial planet formation: dynamical friction and the late veneer. Astrophys. J. 752, 8–16 (2012).
[7] Morbidelli, A. et al. A sawtooth-like timeline for the first billion years of lunar bombardment. Earth Planet. Sci. Lett. 355-356, 144–151 (2012).