月球本雙生時(shí)（上）

科里·S. 鮑威爾

半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，月球一直在嘲弄科學(xué)界最杰出的頭腦。埃里克·阿斯普豪格認(rèn)為，這種狀況應(yīng)當(dāng)適可而止了。

這種嘲弄始于1959年10月7日，阿斯普豪格出生前3年。這一年蘇聯(lián)的“月球3”號(hào)太空飛船繞到月球背面，拍下了一系列畫(huà)質(zhì)粗糙的獨(dú)特照片，并把它們用無(wú)線電傳送回地球。因?yàn)樵虑虻淖詡骱退墓D(zhuǎn)是完美同步的，因此一個(gè)半球總是朝向地球，而另一個(gè)半球總是背對(duì)地球，從來(lái)沒(méi)被人看到過(guò)?！霸虑?”號(hào)傳回的月球背面的照片中，月表由一片崎嶇

的灰色高地構(gòu)成。這種景象，與月球正面那些充滿(mǎn)魅力的、令人浮想聯(lián)翩的地貌完全不同。用不著請(qǐng)教行星科學(xué)家，誰(shuí)都能看出這種分裂特征的奇怪之處?！拔疫€記得，在我是個(gè)小男孩的時(shí)候，看見(jiàn)展示月球背面的畫(huà)面，心里想，一個(gè)星的兩邊居然可以如此不同，真是神奇?！卑⑺蛊蘸栏裾f(shuō)。

時(shí)光轉(zhuǎn)瞬到了2010年，此時(shí)的阿斯普豪格已經(jīng)是加州大學(xué)圣克魯茲分校的一位地球和行星科學(xué)教授了。在一次專(zhuān)題座談會(huì)上，阿斯普豪格仍舊等待著能夠有一種理論，能解釋月球強(qiáng)烈的不對(duì)稱(chēng)性。在聆聽(tīng)他的同事伊恩·加里克·貝瑟爾描述自己的觀點(diǎn)時(shí)，阿斯普豪格越來(lái)越坐立不安。在這種最新的理論中，億萬(wàn)年前，地球的重力引起了月球上強(qiáng)大的潮汐，而此時(shí)的月球仍然年輕，并且是熔融的。這些潮汐的突起就在原地固定，形成月球背面更厚的地殼和特殊的地貌。阿斯普豪格認(rèn)為，這個(gè)理論毫無(wú)道理可言，“如果是這樣，那么正面和背面都會(huì)產(chǎn)生突起，就像在地球上產(chǎn)生高潮時(shí)那樣”。但是，這個(gè)理論的全部要領(lǐng)，就是要解釋為什么只有背面產(chǎn)生了突起。“答案只能是有一種奇跡將另一半的突起全部抹平了?？墒牵@讓這個(gè)問(wèn)題比之前更加難解。”

月球的正面與背面

阿斯普豪格不只是感到煩悶，他也受到了鼓舞。他研究低速?zèng)_擊模型對(duì)早期太陽(yáng)系的影響已經(jīng)很多年了?！叭藗円恢闭J(rèn)為只有高速運(yùn)動(dòng)的物體才會(huì)產(chǎn)生沖擊，這是一種有失偏頗的看法?！钡退?zèng)_擊事件是建設(shè)性的，而不是破壞性的： 如果兩個(gè)物體之間的碰撞足夠慢，它們會(huì)黏附在一起，“就像朝房子的墻上扔泥巴，或者打雪仗時(shí)互相扔雪球那樣”。阿斯普豪格認(rèn)為，低速?zèng)_擊可以解釋彗星的形成。這一刻，他感到月球地貌這個(gè)問(wèn)題的答案就在他眼前。 他找到自己的博士后——馬丁·朱茨（現(xiàn)在在伯爾尼大學(xué)），闡述了自己的想法：如果地球本來(lái)?yè)碛袃蓚€(gè)月球，后來(lái)融合成了今天我們看到的這一個(gè)呢？

“在那次研討會(huì)之后，我們徑直去了實(shí)驗(yàn)室，馬丁對(duì)月球被它的伴侶撞擊的情形進(jìn)行了編程模擬?！卑⑺蛊蘸栏裾f(shuō)。這些計(jì)算結(jié)果展示了關(guān)于月球不對(duì)稱(chēng)性的全新闡釋。在阿斯普豪格看來(lái)，月球背面那些崎嶇的高地曾經(jīng)是圍繞地球運(yùn)動(dòng)的第二個(gè)月球，黏附到了現(xiàn)在這個(gè)月球上，因此月球背面看起來(lái)那么不同也就不奇怪了——它們本來(lái)就不是同一個(gè)天體。這種新模型對(duì)月球的遠(yuǎn)古起源和現(xiàn)代外貌提供了一個(gè)系統(tǒng)的描述，但在阿斯普豪格看來(lái)，這個(gè)概念應(yīng)該更加深入。它展示了行星形成的一種更廣泛、并且基本被忽略的過(guò)程：低速碰撞，就像親吻時(shí)兩個(gè)身體接觸在一起。

像大多數(shù)理論一樣，阿斯普豪格的雙月碰撞模型是在前人研究的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。事實(shí)上，最初對(duì)月球起源的科學(xué)描述也集中在兩個(gè)不同天體的相互作用上，但是它闡釋了一種分離，而不是結(jié)合。1878年，喬治·H.達(dá)爾文，也就是查爾斯·達(dá)爾文的兒子，提出月球是從快速旋轉(zhuǎn)的初生地球上被甩出去的，就像一個(gè)任性的孩子從旋轉(zhuǎn)木馬上掉下去那樣。他推測(cè)，地球上因此缺失的一塊，仍然可以在太平洋的洋盆中找到遺跡。

這個(gè)分裂假說(shuō)存在了很長(zhǎng)時(shí)間。我還記得自己是個(gè)孩子的時(shí)候，在我哥哥給的那些奇幻的科學(xué)書(shū)籍中，看到過(guò)這種描述。但是從動(dòng)力學(xué)的角度上講，這種假說(shuō)是行不通的。沒(méi)有一種可行的方式能讓地球旋轉(zhuǎn)得如此之快，以至于將其表面甩出去一部分;就算有，也不存在一種減少角動(dòng)量的方式，讓地球和月球的旋轉(zhuǎn)減慢到今天這種速度。至于太平洋，它只是因板塊運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的板塊間暫時(shí)的特征結(jié)構(gòu)而已。月球在44億年前形成的時(shí)候，太平洋并不存在。（不要責(zé)備達(dá)爾文，他的理論比板塊運(yùn)動(dòng)學(xué)說(shuō)早了90年。）

這種理論并沒(méi)有解釋擺在我們面前的問(wèn)題：月球?yàn)槭裁磿?huì)長(zhǎng)成這樣？

其他月球起源假說(shuō)也隨之而來(lái)，對(duì)月球和地球的關(guān)系有不同的解釋?zhuān)嵌即嬖谥旅毕?。美?guó)宇航員T.J.J. 西認(rèn)為月球是獨(dú)立起源的星球，被捕捉到了地球的軌道中。這種假說(shuō)的缺陷在于，地球產(chǎn)生的重力不足以完成這種誘捕。其他一些研究人員認(rèn)為， 地球和月球在早期的太陽(yáng)系中是合并存在的，法國(guó)數(shù)學(xué)家愛(ài)德華·羅什就是這種假說(shuō)的堅(jiān)定

支持者。這種假說(shuō)的缺陷在于，當(dāng)?shù)刭|(zhì)化學(xué)家研究了“阿波羅”宇航員帶回來(lái)的月巖時(shí)，發(fā)現(xiàn)月球的物質(zhì)組成缺乏易揮發(fā)性化合物。

這樣看來(lái)，平行天體理論似乎更加接近實(shí)際。然而，從其他方面來(lái)說(shuō)，月球的化學(xué)和地球是非常相似的——事實(shí)上是奇怪地相似。月球巖石中兩種氧含量的比例與地球巖石幾乎完全一致。氧含量比例就像一個(gè)ID標(biāo)簽，告訴你一種東西是在哪里產(chǎn)生的。隕石有自己的獨(dú)特比例，火星有自己的獨(dú)特比例，只有月球看上去就像是地球的雙胞胎兄弟。因此， 總的來(lái)說(shuō)，月球跟地球一點(diǎn)都不相似，但它又跟地球完全類(lèi)似。這又是一個(gè)需要被解釋的精細(xì)不對(duì)稱(chēng)性。

行星科學(xué)家研究了所有復(fù)雜證據(jù)，并且在一個(gè)新的創(chuàng)世神話(huà)上達(dá)成和解。這就是大碰撞理論，在1975年發(fā)表的兩篇開(kāi)創(chuàng)性的科研文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生。在這一模型中，地球最初是沒(méi)有衛(wèi)星的。地球形成之后不久，和一個(gè)與火星大小相似的天體發(fā)生碰撞，這個(gè)天體通常被稱(chēng)作忒伊亞（希臘神話(huà)中月球女神塞勒涅的母親）。碰撞產(chǎn)生的煉獄般環(huán)境導(dǎo)致地球

外層的一部分和忒伊亞一起蒸發(fā)，其中一些物質(zhì)因此湮滅，但很大一部分在受傷的地球周?chē)纬杀P(pán)狀結(jié)構(gòu)。在很短時(shí)間內(nèi)（或許只有10年），這個(gè)盤(pán)狀結(jié)構(gòu)就形成了月球。

盡管還存在不確定性，但大碰撞理論方便地涵蓋了地月系統(tǒng)的大部分化學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征，它幾乎被所有人認(rèn)為是月球?yàn)槭裁磿?huì)存在的最佳解釋。然而，它并沒(méi)能回答擺在我們面前的問(wèn)題：月球?yàn)槭裁磿?huì)長(zhǎng)成這樣？

這不僅僅是一個(gè)表面形態(tài)的問(wèn)題。月球上的地形地貌是由固化的深色巖漿海形成的平原。由于某種原因，幾乎所有的巖漿海都集中在朝向地球的一面。更普遍地說(shuō)，在早期月球上，朝向地球的半球火山活動(dòng)更加頻繁。美國(guó)航空航天局的重力恢復(fù)與內(nèi)部實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃（GRAIL）測(cè)量證實(shí)，月球背面的地殼厚度更大。執(zhí)行任務(wù)的飛船同時(shí)發(fā)現(xiàn)，正面（ 并且只存在于正面）具有埋藏起來(lái)的長(zhǎng)線狀地貌系統(tǒng)，行星地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為這是火山巖脈。一個(gè)明顯的可能性解釋是地球的重力造成了這種不平衡，但是物理上并沒(méi)有一種可行性將它們聯(lián)系起來(lái)。

“人們嘗試解釋這種不對(duì)稱(chēng)性已經(jīng)很長(zhǎng)時(shí)間了。經(jīng)常有新的想法被提出來(lái)，它們會(huì)被討論一段時(shí)間，但是最終都沒(méi)了下文?！卑⑺蛊蘸栏裾f(shuō)。更經(jīng)常發(fā)生的是，月球的這種雙重特征被徹底忽視了。2013年秋天，加州理工學(xué)院的大衛(wèi)·史蒂文森在英國(guó)皇家科學(xué)會(huì)主持了一場(chǎng)大型研討會(huì)。在研討會(huì)上，他笑著談到自己的同事是怎樣對(duì)待月球這個(gè)問(wèn)題的：“房間里有頭不容忽視的大象，但大家都心照不宣地繞過(guò)它，去看角落里蹲著的那只貓?！?/p>

在很多方面，阿斯普豪格的模型是當(dāng)前關(guān)于月球形成的主流看法的有機(jī)延伸。事實(shí)上，也是對(duì)所有行星形成的主流看法的延伸。在早期太陽(yáng)系中，圍繞著新生的太陽(yáng)，由星塵到巖石，由巖石到小行星，再由小行星到行星，依次逐漸積累形成，這一過(guò)程形成于45億年前。從對(duì)隕石的分析到對(duì)幼年行星周?chē)?lèi)似的吸積盤(pán)的觀測(cè)，這個(gè)理論已經(jīng)有海量證據(jù)支持了。在行星形成的同時(shí)，越來(lái)越大的天體相互撞擊。阿斯普豪格說(shuō)，這些撞擊中有一些必須足夠輕柔，使得相撞的兩個(gè)天體黏附在一起，形成一個(gè)更大的天體。否則行星就會(huì)停止生長(zhǎng)，太陽(yáng)系會(huì)是一堆碎裂的石頭。（待續(xù)）