【月球如何诞生？】科学家最新理论将颠覆传统观点－如是說999

发布时间： 2017-08-07 11:54

教科书中提及月球是形成于火星质量大小的星球碰撞地球时形成的，但是最新证据对该观点提出置疑，研究人员认为月球以新的方式诞生。 1973 年 12 月 13 日，宇航员哈里森·施密特（ Harrison Schmitt ）在月球“宁静海”区域行走至一块岩石，当时，他向指挥官尤金·塞尔南（ Eugene Cernan ）汇报称，这块岩石拥有较小的滑动轨迹，一直延伸至山丘，这块岩石从山坡滚落留下了痕迹。随后他在这块岩石上采集了一些样本。

图中是艺术家描绘的“索内斯蒂亚（ Synestia ）理论”，一颗假设天体由岩石蒸汽构成，它可能孕育月球。

1973 年 12 月 13 日，宇航员哈里森 ? 施密特（ Harrison Schmitt ）在月球“宁静海”区域行走至一块岩石。

置疑“忒伊亚星球理论”

施密特从这块岩石上凿取部分样本，之后他使用耙子刮掉岩石表面上的岩石粉末，凿取一块岩石样本将其命名为“橄长石 76536” ，它具有一定的历史研究意义。

这块岩石及其它月球岩石样本，将揭晓月球是如何形成的，在过去的 40 年里，教科书和科学博物馆无数次地讲解了月球是如何形成的，普遍观点认为，月球形成于胚胎地球和类似火星的岩石星球之间的灾难性碰撞。这颗岩石星球被命名为“忒伊亚（ Theia ）”，其命名源自诞生“月之女神塞勒涅”的希腊女神忒伊亚。科学家猜测，忒伊亚星球猛烈撞击地球，撞击碰撞非常快，导致两颗星球同时融化，最终，忒伊亚星球的残骸冷却凝固，形成现今我们所看到的月球。

但是近年来科学家对“橄长石 76536” 和其它月球、火星岩石样本进行测量，对“忒伊亚星球理论”提出了置疑。在过去 5 年时间里，一系列研究暴露出一个问题：“忒伊亚星球理论”作为权威性理论，这种巨大碰撞假说无法与相关证据相匹配。如果忒伊亚星球碰撞地球，之后形成月球，那么月球是由忒伊亚类型物质构成，但是月球并不像忒伊亚星球，也不像火星，就月球物质的原子结构而言，它几乎和地球完全一样。

面对这一差异性，月球研究员寻求新的理论来理解月球是如何诞生的，最明显的解决方案也可能是最简单的，同时，最新理论也对理解早期太阳系提出了更多挑战：第一种可能是或许忒伊亚星球形成月球，但是忒伊亚星球物质几乎与地球物质相同；第二种可能是该碰撞过程彻底混合了任何事物，均质化全异团状物质和液体，就像使用面糊摊薄饼一样，这可能发生在一个非常高能量的碰撞过程，或者产生多颗卫星的系列碰撞，之后多颗卫星结合在一起；第三种解释将挑战我们对行星的认识，有可能现今的地球和月球经历了奇特的变形，疯狂的轨道变化显著改变了它们的旋转，并影响了它们未来演变。

目前共有 4 种月球形成理论：大型碰撞；“索内斯蒂亚（ Synestia ）”；小卫星和双碰撞过程。

美国加州大学戴维斯分校行星科学家萨拉?斯图尔特和她的学生哈佛大学西蒙?洛克。

四种方式形成月球

当前月球形成主流理论遭到置疑，科学家们提出了其它月球形成观点，目前共有 4 种月球形成理论：大型碰撞；“索内斯蒂亚（ Synestia ）”；小卫星和双碰撞过程。

大型碰撞理论形成于上世纪 70 年代，是指一颗叫做“忒伊亚”的火星大小岩石星球与年轻地球发生碰撞。此次碰撞形成盘状残骸，最终合并形成月球。近期研究发现了该理论的矛盾性：大型碰撞事件表明，月球应当是由类似忒伊亚星球物质构成，然而月球地质化学研究显示，月球是由类似地球的物质构成。

“索内斯蒂亚（ Synestia ）理论”是指原始地球拥有充足能量，可以蒸发两个天体，形成一个叫做“索内斯蒂亚”的新宇宙天体结构，旋转的炽热残骸云彻底混合了忒伊亚和地球的物质，从而形成一个具有完全相同地质化学成分的地球 - 月球系统。

小卫星理论显示，月球并非形成于一次大型撞击事件，每次月球大小碰撞体形成残骸盘，最终合并形成一颗小卫星。连续碰撞逐渐增加小卫星数量，所有小卫星最终结合形成月球。

双碰撞过程可能是最简单的月球形成理论，该理论显示忒伊亚与年轻地球构成物质相同，这种可能性很大程度上挑战了我们对行星系统形成的认知。

关于忒伊亚星球理论的坏消息

为了理解地球最重要的日子发生何种变化，将有助于分析太阳系的早期阶段， 45 亿年前，太阳被炽热、环形残骸云包围，恒星形成元素盘绕在新生太阳周围，并逐渐冷却，历时万古时代，在一个我们无法理解理解的过程中，逐渐形成团状物质，形成微行星，之后逐渐形成体积较大的行星。这些岩石天体猛烈频繁碰撞，并且彼此汽化，这是一个难以形容残酷的“台球地狱”，地球和月球逐渐形成结构。

为了形成当前的月球结构大小、旋转和远离地球的速度，我们最佳计算模型表明，任何与地球发生碰撞的天体，都应当具有火星体积大小。任何更大或者更小的天体将产生比我们看到更大的角动量，同时，一个更大的抛射运动将抛出更多的铁元素进入地球轨道，形成月球的铁含量比现今更多。

之前对“橄长石 76536” 和其它月球岩石样本的地球化学分析进一步支持该理论，他们发现月球岩石可能源自月球岩浆海洋，这种环境仅形成于一次大型天体碰撞。橄长石可以漂浮在岩浆海洋之上，就像是冰山漂浮在南极洲海面。基于这些物理约束，科学家推测月球可能形成于忒伊亚星球残骸，但这过程存在一个问题。

追溯至早期太阳系，当岩石星球碰撞和蒸发，它们的成分混合在一起，最终形成不同区域。越接近太阳，其表面温度越高，较轻元素很可能升温和逃逸，最终残留较重的同位素（具有额外中子的变种元素）。当逐渐远离太阳，岩石星球可以保持较多的水分，并保持较轻的同位素。正因为如此，科学家能够检测天体的混合同位素，从而鉴定分析太阳系从何而来，这就像带有一定口音的话语可透露出他的家乡所在地。

这些差异非常显著，可用于分类行星和陨石类型，火星的化学成分完全不同于地球，例如：通过测量 3 种不同氧同位素比率，火星表面上的陨石可以很容易鉴别。 2001 年，瑞士研究人员使用先进质谱分析法重新测量了“橄长石 76536” 和其它 30 多个月球样本，他们发现这些样本的氧同位素与地球没有区别，此后，地球化学家研究了地球和月球上的钛、钨、铬、铷、钾和其它很难识别的金属元素，结果显示这两颗星球几乎完全相同。

这对于忒伊亚星球理论是个坏消息，如果火星与地球、忒伊亚存在显著差异，那么月球也和火星差异较大，如果它们是相同的，则意味着月球一定是由地球的熔化部分形成，阿波罗任务采集的岩石样本与物理学所坚持原理存在直接冲突。

美国加州大学戴维斯分校行星科学家萨拉·斯图尔特（ Sarah Stewart ）说：“这一‘规范模型’正处于危机之中，当前虽未被完全推翻，但是已遭到科学界的严重置疑。”

synestia 理论认为，类似百吉饼的蒸汽岩石云环绕着一颗岩石行星。

美国芝加哥大学地质物理学家尼古拉斯 ? 达普哈斯手中拿着一块顽辉石，这是一种源自小行星的岩石，同时也存在于地球，右图是地球上的顽辉石。

月球源自蒸汽盘

斯图尔特曾试图协调该问题的物理限制，即需要一定体积、保持一定速度的撞击天体，并具有最新地质化学证据。 2012 年，她和搜寻地外文明研究所（ SETI ）的马蒂亚·库克（ Matija ?uk ）提出月球形成的最新物理模型。他们认为，当忒伊亚星球碰撞地球时，早期地球处于“旋转舞”状态。这种碰撞将产生一个盘状结构，盘旋在地球周围，有点儿像土星环，但是它仅持续大约 24 小时。最终，这个盘状结构会冷却凝固成月球。

如果超级计算机不够强大，则无法完全模拟这一过程，但是计算模型表明，一颗天体抛射撞击快速旋转星球，将剥离大量地球质量，同时忒伊亚星球和地球的质量融合在一起，可以形成一颗星球，具有地球相同的同位素比率。

然而，对于快速旋转的地球解释论而言，这一观点是正确的，然而，还有其它一些因素减缓了地球自转速度。在 2012 年的研究中，斯图尔特和库克认为，在某个特定轨道 - 共振相互作用下，地球可能将角动量转移至太阳。之后美国麻省理工学院的杰克·威兹德姆（ Jack Wisdom ）提出了几个不同方案，称角动量可以从地球 - 月球系统中抽离出来。

但是没有一个解释令人完全满意。斯图尔特称， 2012 年进行的计算模型仍无法解释月球的轨道或者月球的化学成分。 2016 年，美国哈佛大学研究生西蒙·洛克（ Simon Lock ）和斯图尔特的学生建立了一个升级模型，提出一个之前未识别的行星结构。

在这个理论中，地球和忒伊亚的每一部分都汽化形成一个膨胀云，其外形有点儿像一个厚百吉饼。膨胀云旋转速度非常快，达到“共转极限”临界点，膨胀云外侧边缘汽化成岩石环，其旋转速度非常快，逐渐使膨胀云形成一个新的结构，这是一个“肥胖的盘状结构”盘旋在内部区域。至关重要的是，圆盘并不像土星环那样与中心区域分离开来，也不像之前的巨大碰撞月球形成理论模型。

这种结构是难以描述的，它没有表面结构，而是融化岩石云，膨胀云的每个区域形成融化岩石雨滴。洛克表示，月球在这种蒸汽环境中逐渐成长，最终蒸汽会降温冷却，形成地球 - 月球系统。

考虑到膨胀云不同寻常的特征，洛克和斯图尔特认为月球的原始体应当起一个新名字，他们尝试了多次，最终命名为“索内斯蒂亚（ Synestia ）”，他们使用了希腊语前缀“ syn-” ，意思是同步，并且结合了女神赫斯蒂亚（ Hestia ）的名字， Synestia 的意思是“共生连接结构”。

斯图尔特说：“这些天体并非你想像的那样。”今年 5 月，斯图尔特和洛克撰写一篇关于 Synestia 物理学特征的文章，他们指出， Synestia 月球起源论仍需进一步验证。他们将这一观点发表在行星科学会议上，表示他们的同事对此非常好奇，但却很难认同该观点，这可能是因为 Synestia 理论仍是一个观点，它不同于太阳系的环状行星，同时，作为原行星盘，虽然普遍存在于宇宙，但迄今人们未观测到它。洛克说：“这是一个非常有趣的研究观点，可以解释月球的特征。”

小卫星群

在太阳系的天然卫星中，地球的卫星可能最独特，因为仅存在一颗。水星和金星缺少天然卫星，部分原因是它们距离太阳太近，引力作用使它们的卫星轨道非常不稳定。火星有体积较小的火卫一和火卫二，有些人认为这是被俘获的小行星，还有一些人认为这是火星撞击形成的。同时，气态巨行星被一些卫星盘旋，一些卫星是岩石结构，一些卫星存在水，一些卫星是存在水的岩石结构。

与太阳系的其它卫星相比，地球卫星的体积和质量较大，月球质量大约是地球质量的 1% ，而其它外部行星的卫星总质量低于主行星质量的 0.1% ，更为重要的是，月球包含着地球 - 月球系统 80% 的角动量。也就是说，月球对地球 - 月球系统 80% 的运动密切相关，对于其它外部行星卫星而言，它们仅占该系统不足 1% 的角动量。

然而，月球并非始终具有这些质量，月球的表面结构证实它终身遭受碰撞轰击，以色列魏茨曼科学研究所行星科学家拉卢卡·鲁夫（ Raluca Rufu ）称，很可能月球的形成经历了多重碰撞。

鲁夫在 2016 年发表的一篇研究报告中指出，地球的卫星并非“原始月球”，她进行模拟计算显示，至少是十几次碰撞事件，天体从不同角度、不同速度碰撞地球，形成一个盘状结构，最终形成“小卫星群”，本质上讲，这些小卫星体积小于现今的月球，小卫星之间的交互作用，以不同角度进行融合，最终形成现今看到的月球。

行星科学家对鲁夫 2016 年发表在的研究报告非常感兴趣，美国西南研究所月球科学家罗宾·卡努普（ Robin Canup ）称，这项研究报告值得深入思考，然而当前还需要进行更多的测试进行验证。