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月球形成的N个猜想

刘成 //m.auribault.com 2014-07-09 来源：北京日报

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新闻背景

　　《科学》杂志日前发表的一项新研究说，40多年前“阿波罗”飞船从月球带回的岩石进一步支持了这样的假说：月球是一颗火星大小的行星与地球相撞后形成的。

　　那么，对于月球的形成，科学家们都提出过什么样的猜想？新证据又是如何支持大碰撞假说的呢？

　　分裂假说地球转得太快把月亮抛出去了

　　“明月几时有，把酒问青天。”明媚的月亮给古往今来的人们带来了无数美好的遐想。然而，真正认真思考月球来历这一问题，大约要到19世纪的末期了。

　　应该说，月亮确实是个不同寻常的东西。它的直径超过地球直径的1/4，在我们的太阳系中，没有其他行星像地球这样，拥有一颗如此巨大的卫星。

　　1879年，英国天文学家乔治·达尔文——即著名生物学家查尔斯·达尔文的儿子——提出了一种观点。他说，在太阳系形成初期，地球还处于熔融状态时，自转得非常快，地球的自转周期和由太阳引起的潮汐周期引起共振，部分物质变形被抛离地球形成了月球，地球上广阔的太平洋就是遗留的痕迹。达尔文说，月球形成的时候离地球非常近，它的存在使地球的自转逐渐变慢，自己也一点点地远离地球并最终到达了今天所在的位置。

　　然而，在20世纪早期，科学家们进一步的研究发现了问题。他们指出，假如月亮真是被地球甩出去的，那么当时的地球必须自转得更快。但传统的研究则显示，当时地球自转一周是4个小时，而达尔文的理论若要成立，地球自转的离心力就必须超过地球的引力，并且要足以将地球撕开。这样，地球必须大约每两小时自转一周才可以。

　　达尔文的理论就这样被搁置了。

　　共增生假说地球和月亮是一起长大的双生子

　　关于月球起源的问题，此后再没有被人认真地谈起。直到美国阿波罗登月计划开启前后，这个问题才又被科学家们讨论起来。

　　中国科学院地球化学研究所许英奎博士介绍说，施密特在1959年首先提出共增生理论，在20世纪70年代很盛行。这个理论认为，月球和地球由太阳系星子（小行星）碰撞汇聚形成。在太阳系演化的初期，许多小行星在以太阳为中心的轨道运动，它们彼此碰撞增生形成太阳系内的各大行星。当以太阳为中心运转的小行星群经过正在增生的原始地球时，它们的一部分会被原始地球吸引捕获，另外一部分由于速度较大、仅转变为以地球为中心的环绕轨道而不被地球捕获，从而形成了围绕地球的原始月球星子群。月球星子群在很短时间内就会结合成一个或多个原始月球胚胎，这些原始月球胚胎最终结合成月球。由于形成地球和月球的太阳星子群离太阳的距离相近，所以两者的氧同位素组成相同。

　　然而，共增生假说最大的问题在于不能解释地月系统的角动量，因而后来逐渐被放弃。

　　捕获假说月亮是地球半途收留的“养子”

　　许英奎介绍，捕获理论盛行于20世纪60年代。这个理论认为，月球本来处于太阳系的其他位置，围绕太阳旋转，后来因为轨道接近地球，被地球强大的引力吸引，转变为地球的卫星。

　　月球被地球捕获并成为地球卫星的几率非常低，距离太近可能就会撞上，过远又可能捕捉不到。而且阿波罗登月以后，采集回来了月球的岩石等样本，发现月球相对缺乏铁镍等成分，而小行星或其他太阳系中星体一般铁镍成分较多；另外，这一理论也难以解释地球和月球有几乎相同的氧同位素比值，所以这个理论也就很少再被探讨下去。

　　大碰撞假说 “忒伊亚”撞地球撞出了月亮

　　1975年，一些科学家提出了“大碰撞”理论，这个理论认为，在45亿年前，原始的太阳系里存在过一颗名为“忒伊亚”的行星，它的大小和火星差不多。“忒伊亚”偶然地脱离了原来的轨道而和地球发生了碰撞，两者都被撞出了碎块，地球和该天体的地幔有一部分被抛掷进入环绕地球的轨道，这些物质逐渐汇集形成月球。

　　开始的时候，大碰撞理论并没有引起太多的重视。然而，当科学家们弄清楚了早期太阳系的情形后，他们对大碰撞理论的态度改变了。在太阳系的早期，行星的形成的确依赖于大量的碰撞。以几大行星目前的自转状态来说，显示出太阳系形成早期剧烈的大碰撞事件的后果，如金星的公转是相反的，火星和地球被撞“斜”了，才有了季节的变化，而天王星被完全撞倒了，是“躺”着转的。

　　大碰撞理论更好地解释了地月系统角动量、地球月球质量等天体力学的制约条件，科学家还采用数值模拟的方法，设定特定的撞击速度、角度等，模拟出月球的产生。因此，大碰撞理论可以说是目前月球产生的主流理论。

　　核爆炸假说早期地球的核反应炸出了月球

　　然而，如果月球果真产生于一次大碰撞，那么，月球上的物质不会完全来自于地球，还会有相当一部分（很可能是大部分）来自于碰撞地球的“忒伊亚”，我们应该总能找到一些与地球上的物质不尽相同的东西，如同种元素的同位素含量不相同。

　　然而，当科学家们对阿波罗宇航员带回的月球岩石进行了详细分析后，却发现月球岩石中的氧、铬、钾、硅的同位素和地球是相同的。因此，人们很自然地想到，月球也许曾经完全是地球的一部分。于是，古老的“分裂假说”再次以种种形式复活。

　　有荷兰科学家甚至提出了“核爆炸假说”，认为45亿年前，地球固体的地壳尚未形成，在它的深处一个巨大的核反应堆处在超临界状态，最终它爆炸了，那次爆炸撕开了新生的地球，将一部分物质推向了太空。他们的依据是，1972年，在西非的加蓬奥克洛地区开采铀矿时，人们发现那里的铀同位素铀235发生过严重的损耗，这表明它们曾经被一个核反应堆燃烧过，活跃的时间大约在20亿年前。

　　然而，“核爆炸假说”也没有得到大多数科学家的认可，有人甚至直接批评它是“主观臆想”。

　　最新研究为大碰撞理论找到了新证据

　　说到这里，就可以理解美国《科学》杂志报告的最新研究的意义了。

　　德国哥廷根大学等机构的研究人员报告说，太阳系内各个行星都由独特的同位素组成，不过此前研究的结论都是月球岩石和地球岩石相当相似，无法证实月球主要源于一个业已消失的天体。

　　最新研究采用一种非常灵敏的先进分析技术，分析了由美国航天局提供、上世纪六七十年代“阿波罗”飞船带回的月岩。结果显示，月岩的氧17与氧16的同位素比率，确实与地球岩石存在差异。研究第一作者、哥廷根大学的丹尼尔·赫瓦茨在一份声明中说：“差异很小，难以察觉，但的确存在。我们现在有理由相信大碰撞发生了。”

　　目前多数关于月球起源的模型估计，月球70%至90%的成分来自“忒伊亚”，其余10%至30%来自早期地球。赫瓦茨则认为，月球的成分可能一半来自“忒伊亚”，一半来自地球。但他也表示这一观点尚需得到更多证据证实。

　　延伸阅读

　　地球曾有两个月亮？

　　长期以来，关于月球形状就存在一个谜团：月球面对地球一面在物质构成及外貌方面与背对地球一面差异很大，前者地壳比另一面地壳薄许多，并拥有由玄武岩构成的广阔平原，这些平原被称为月海，这是很久以前月球表面火山喷发的结果。背对地球的一面地壳厚很多，有更多陨石坑，几乎没有月海。

　　美国加州大学艾瑞克·阿斯帕等人提出过这样的假说，“忒伊亚”和地球大碰撞产生了一大一小两个月球，它们的体积比是 3:1，质量比则为 25:1。它们一起围绕地球旋转，却在 45 亿年前发生了“追尾”事件，当时小月亮撞上大月亮的背面，大部分的物质留在其表面，融合成现在看到的月球。

编辑：尹盼秋