月球作为一颗绕地球运行的卫星，并没有和太阳系的其他行星一起形成。目前最受欢迎的月球起源说是所谓的大碰撞。今年九月，在中秋节即将到临之际，科学家在月球陨石中找到了来自地球内部的原生惰性气体，为大碰撞事件的始末提供了全新的线索。
大碰撞学说认为月球是地球遭到撞击的产物。
一颗与火星差不多大的天体和古代地球斜向碰撞，把地球撞得团团转的同时，撞击产生的巨大能量也将大量地壳与地函物质融化、蒸发、向外喷出。这些残骸碎屑绕着地球高速旋转，形成一个甜甜圈状的云状区域。月亮便是由这团高温物质互相吸引聚集而成。
听起来或许十分异想天开，但这个猜想可是经历了许多实证考验。
首先，一个最简单的观察是：现今月球公转的和地球自转方向一致。这是擦撞过程中「甩」出去的残骸形成月球会有的现象。据我们所知，月球的公转方向和转速自形成后，便没有太大改变。大碰撞学说通过了第一关！
在化学成分方面，同位素比例提供了有力的证据。同位素比例是指某种元素的同位素（例如氧元素可以分为氧16、氧17、氧18）在物质中各占多少比例。这些同位素形成稳定的化合物后便不会变动，因此成为科学家追本溯源的重要工具。
也因此在天体地质研究中，地层中的同位素比例是每颗星体独一无二的指纹，太阳系中每颗星体都有相当不同的氧同位素比例。然而，在20世纪初，科学家们检查了阿波罗13号带回的月球岩石样本。其中，氧同位素的比例与地球完全相同，强力暗示月球物质与地球有着神圣不可分割的渊源。
除此之外，许多地质证据显示月球在形成初期，表面是高温的熔融态，符合大碰撞的说法。类似的撞击事件也曾经在其他星系被观测到。
如今，月球物质是来自古代地球这件事已被广为接受，但详细的形成过程究竟是如何，仍持续随着观测证据的增加而不断地修正讨论。目前的一个疑点是挥发性物质的存在。
大碰撞时的高温理应让大部分的挥发性物质（例如水和二氧化碳）挥发殆尽，但在月球深处的原始岩层中找到的水样本，和地球地函中的水有同样的氢同位素指纹，表示这些水或许是原生的，在撞击形成时便一直留存至今，而不是来自外部的陨石。
要研究挥发性物质的源头，氦或氖这类的惰性气体的同位素指纹，便是重要的追踪工具，可惜我们一直未能在月球矿物中找到惰性气体。由于月球大气层十分稀薄，外来的小行星以及富含氢氦原子的太阳风持续轰炸月球表面。想对原生惰性气体进行研究，还得先排除这些外来污染的可能。
苏黎世联邦理工学院的Patrizia Will 所带领的研究团队，以南极拾获的六个月球陨石作为研究对象。这六颗陨石皆为玄武岩材质；也就是说，它们是由月球内部的岩浆快速凝结而成。形成后，它们受到更上层的岩层保护，免于宇宙射线和太阳风的高能辐射。这六块岩石很可能是在某次大型陨石撞击中，才从月球的岩浆流中被撞击而出，并在漫长的旅途后抵达地球。
要取得陨石的同位素指纹资讯，需要用到质谱仪。这份研究使用的质谱仪灵敏度极高。实验室人员曾经为了防止外界振动干扰，将它悬挂在天花板上，并为它取名为Tom Dooley。Tom Dooley 是美国内战时期民谣中因谋杀被判处绞刑的人物。
尽管取名的来由十分诡谲，但是这座Tom Dooley 质谱仪威力十足。它是世界上唯一能够测量如此微量惰性气体的仪器，也曾负责分析一颗默奇森陨石，它是世界上最古老的物质，存在于70亿年前。
研究团队将陨石中的黑色玻璃微粒用Tom Dooley 进行分析，尝试找出当中各种同位素的比例。它们在玻璃微粒中发现了存量远高于预期的氦和氖。从岩石的形成历史以及同位素特征中，他们排除了太阳风或小行星污染的可能，而氖同位素的比例则和地球地函的深处不谋而合。
这些证据表示这些惰性气体是直接来自地球的地函。这是首次在月球内部矿物中发现地球原生的惰性气体，研究结果发表在Science Advances期刊中。
这次的发现为大碰撞学说再添一笔证据。往后的研究将继续挑战较难测量的氪和氙元素，以及其他容易挥发的卤素元素等等，借此追踪挥发性物质在月球形成的历史中，究竟是如何存活下来。
