關(guān)于月球起源的五個假說

張唯誠

對于地球來說，擁有月亮是一件非同尋常的事。這是如何發(fā)生的？人們提出了多種理論。

1.俘獲說

在太陽系中，大多數(shù)衛(wèi)星都在土星和木星等氣態(tài)巨行星的周圍存在，與地球類似的只有火星，它擁有兩顆衛(wèi)星—火衛(wèi)一和火衛(wèi)二。對于這兩顆衛(wèi)星，目前主流的觀點是，它們可能曾經(jīng)是小行星，后被火星的重力所俘獲，變成其衛(wèi)星。

俘獲說認為，月球也可能是在靠近地球時被地球的引力所俘獲的。但相比火星的兩顆衛(wèi)星，月球?qū)嵲谔罅?，可能并不適合這種情況。如果月球闖入太陽系，更有可能被太陽或者木星俘獲，而不是地球。俘獲說也無法解釋現(xiàn)在月球的近圓形軌道形狀。因為根據(jù)引力的規(guī)律，它應(yīng)該沿一條扁形或橢圓形軌道運行，而不應(yīng)該沿一條近圓形的軌道運行。

2.分裂說

這種月球起源說可以追溯到19世紀。該假說認為，月亮是從形成初期還沒有完全冷卻下來的地球上分離出去的。要理解這種理論，我們可以想象一個孩子被失控了的旋轉(zhuǎn)木馬甩了出去，這需要很高的旋轉(zhuǎn)速度。但當科學家計算了所需要的旋轉(zhuǎn)速度時，這個假說就說不通了，因為那時地球的自轉(zhuǎn)速度可能達不到那么快。

3.大碰撞說

20世紀70年代中期，行星科學家提出了“大碰撞”的假說。這種假說認為，月球是地球和另一個天體發(fā)生碰撞后誕生的。在距今45億年前的早期太陽系，一個被稱為“原行星”的火星大小的巖石物體撞向了年輕的地球，拋射出來的物質(zhì)被送入地球軌道，逐漸聚集形成了月球。到了2000年，天文學家用一位古希臘女神的名字把那顆原行星稱為“忒伊亞”。

4.同源說

如果“忒伊亞”真的促成了月球的誕生，那么月球應(yīng)該是類似地球和“忒伊亞”的混合體。然而，2001年科學家在對阿波羅登月任務(wù)中收集到的巖石進行研究后發(fā)現(xiàn)，氧的同位素在地球和月球的巖石中幾乎是完全一樣的；對鈦和鋯的研究同樣顯示地球和月球起源于同一種物質(zhì)。2016年，科學家使用最新技術(shù)對氧的同位素進行精確測量，仍然無法找到在地球和月球之間的差別。

還有研究發(fā)現(xiàn)，月球內(nèi)部的含水量可能超過此前估計的100倍以上，月球內(nèi)部似乎與地球內(nèi)部非常相似。此外還發(fā)現(xiàn)了高于預期水平的氟、硫和氯。這些研究成果支持了有關(guān)月球起源的“同源說”。“同源說”認為，地球和月球由同一團物質(zhì)云同時聚集形成。地球初步成形時，周圍還有大量塵埃和石塊繞著地球旋轉(zhuǎn)，較靠近地球的塵埃和石塊被地球捕獲，而有些石塊由于轉(zhuǎn)速過快，無法落到地球上，便由于自身引力聚攏起來，形成了地球的一顆衛(wèi)星。

5.多重撞擊說

2017年，以以色列學者拉盧卡·努夫為代表的行星科學家提出一個關(guān)于月球起源的新假說，即地球經(jīng)歷了一系列撞擊，它們產(chǎn)生了一些“迷你衛(wèi)星”，這些衛(wèi)星的物質(zhì)主要來自地球。隨著時間的推移，這些“迷你衛(wèi)星”合并成了一個很大的衛(wèi)星—月亮。

其實，科學家早在1989年就提出了這種“多重影響”的觀點，但那時沒有足夠強大的計算機來模擬他們的新假說?，F(xiàn)在，計算機終于可以勝任這樣的任務(wù)了。為了驗證這種多次碰撞的想法，努夫的團隊模擬了多次的碰撞，他們發(fā)現(xiàn)，每次撞擊都把大量的能量轉(zhuǎn)移到了地球上，一些地球物質(zhì)被拋進了太空。每次撞擊產(chǎn)生的碎片都在幾個世紀后形成了一個小月亮。在數(shù)千萬年的時間里，隨著更多撞擊的發(fā)生，更多的小月亮形成了，它們最后被引力拉到了一起。根據(jù)這個新假設(shè)，大約需要1億年的時間，20個小月亮就可以合并成一個很大的月亮了。