原创《专家提出月球诞生新理论》
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置疑“忒伊亚星球理论”
1973 年12 月13 日,宇航员哈里森·施密特在月球“宁静海”区域行走至一块岩石时,向指挥官尤金·塞尔南汇报称,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.随后施密特从这块岩石上凿取了一块岩石样本,并将其命名为“橄长石76536”.而这块岩石及其他他月球岩石样本,将揭晓月球是如何形成的.在教科书和科学博物馆曾无数次地讲解了月球是如何形成的,普遍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.科学家猜测,这颗被命名为“忒伊亚”的岩石星球猛烈撞击地球,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”和其他月球、火星岩石样本进行测量研究,发现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.
四种方式形成月球
面对当前月球形成主流理论遭到质疑,科学家们提出了其他月球形成理论：第一种；大型碰撞理论形成于20 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并最终合并形成月球,但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.第二种；“索内斯蒂亚理论”是指原始地球拥有可以蒸发两个天体能量,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.第三种；小卫星理论显示,月球并非形成于一次大型撞击事件,而是通过连续发生多颗小卫星的系列碰撞,使每次碰撞体形成的残骸盘最终合并形成月球.第四种；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
计算模型表明, 为了形成月球当前的结构、大小,以及旋转和远离地球的速度,任何与地球发生碰撞的天体,都应具有像火星一样的大小体积.任何更大或者更小的天体发生碰撞所产生角动量都跟现在不一样,同时,抛射运动将抛出进入地球轨道的铁元素也会使月球的铁含量跟现今的不一样.之前对“橄长石76536”和其他月球岩石样本的地球化学分析进一步支持该理论,科学家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.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,当岩石星球发生碰撞和蒸发时,成分混合在一起的它们形成了不同区域.其中靠近太阳的因其表面温度的高升高,较轻元素很可能随着升温逃逸,最终残留较重的同位素（具有额外中子的变种元素）,而远离太阳的岩石星球以保持较多的水分,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.例如：火星的化学成分就完全不同于地球,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.然而,瑞士研究人员在2001 年使用先进质谱分析法重新测量了“橄长石76536”和其他30 多个月球样本后发现,这些样本的氧同位素与地球没有区别,此外地球化学家还研究了地球和月球上的钛、钨、铬、铷、钾和其他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无疑是个坏消息,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的行星科学家萨拉·斯图尔特说：“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.”
月球源自蒸汽盘
斯图尔特曾试图协调该问题的物理限制,她和搜寻地外文明研究所的马蒂亚·库克在2012年提出月球形成的新物理模型.他们认为,当忒伊亚星球碰撞早期地球时,地球处于“旋转舞”状态,而这种碰撞就产生一个盘旋在地球周围的盘状结构,但这个盘状结构仅持续大约24 小时就冷却凝固成月球.
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.这对于快速旋转的地球解释论而言是正确的,然而,还有其他一些因素减缓了地球自转速度.斯图尔特和库克通过研究认为,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.但没有一个解释令人满意.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·洛克和斯图尔特的学生建立了一个升级模型,提出新的行星结构理论——地球和忒伊亚的每一部分都汽化形成一个膨胀云,这些高速旋转的膨胀云在达到“共转极限”临界点时,膨胀云外侧边缘汽化成岩石环,逐渐使膨胀云形成新的结构,这是个“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,洛克和斯图尔特将其命名为“索内斯蒂亚”,意思是“共生连接结构”.但他们的这一理论很难被认同,这是因为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.
小卫星群
与太阳系的其他卫星相比,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%,而其他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,对于其他外部行星卫星而言,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”,模拟计算显示至少是经过了十几次碰撞事件,天体从不同角度以不同速度碰撞地球,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.不过,鲁夫并不确定是否这些小卫星锁定在它们的轨道位置,就像月球始终保持相同的方向朝向地球.如果是这样的话,她并不确定这些小卫星是如何合并的,这将是我们需要解决的问题.美国西南研究所月球科学家罗宾·卡努普称,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.
与此同时,一些专家认为另一种解释可以揭晓地球和月球之间的相似性,这可能是非常简单的答案.从索内斯蒂亚理论至小卫星理论,新的物理模型可能都没有实际意义,很可能月球就仅是类似于地球而已,就像科学家假设的忒伊亚星球一样.
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