夜空中最大、最熟悉的景象是月亮。从数百万年前的现代人类出现之前起,它的存在就可能让观察者着迷。从那时起,月亮就被许多文化视为神灵,关于它的诗意之美、它的魔力和力量、它在将人变成狼人和其他野兽方面的作用以及它使那些濒临崩溃的人的能力的故事都在流传。现在人类已经可以到达月球,在月球表面行走,我国并计划在 2030年前实现载人登月。我们已经研究了月球的岩石以及与潮汐的相互作用,但当谈到月球是如何形成时,我们仍然只有一些松散的理论。以下是人类的最佳猜测。
猜测一共吸积:月球和地球一起形成共吸积是描述月球如何形成的三组较早理论。该理论认为,月球和地球是同时由原始吸积盘形成的,原始吸积盘是天体周围缓慢向内塌缩的气体、 等离子体、尘埃或粒子的盘状流,这将有助于解释月球和地球之间的地质相似性。云中的气体凝结成物质和碎片,这些物质和碎片被拉入其中,附着在其中一个物体上。地球碰巧吸入了更多物质并增加了其质量。在这两个天体中,地球的质量使其产生了主要的引力,月球开始绕地球运行。然而,批评者指出,该模型未能解释当前的情况月球绕地球的角动量。
猜测二:地球的裂变创造了月球在另一套早期月球形成理论中——其中一个源于英国天文学家、博物学家查尔斯·达尔文之子乔治·达尔文爵士的思想——地球曾经被认为旋转得如此之快,以至于大块的物质从其表面飞出。人们认为这种物质后来凝结成月球。尽管裂变理论似乎令人信服——因为地幔的成分和月球也很相似——它们随着时间的推移而失败,因为没有人能够找到旋转的原地球的正确属性组合,从而产生正确类型的原月球。更具体地说,科学家们根本不相信地球的自转速度能够快到足以甩出自身碎片。此外,到目前为止,还没有发现地球或月球上存在如此快速旋转事件的证据。
猜测三捕获:地球在其轨道上诱捕经过的月球第三组较旧的理论认为,月球可能是在太阳系内的其他地方形成的,但不受地球引力的影响。一些科学家认为,月球在挣脱束缚之前甚至可能已经被另一个行星束缚了一段时间。根据理论,月球稍后经过地球附近,这条路径是如此之近,以至于地球能够在其轨道内捕捉到它。尽管其他行星,例如火星,被认为捕获了小行星,这些小行星后来成为了事实上的卫星,但科学家们尚未弄清楚地球如何捕获月球并迫使月球速度加快的机制。足够用力制动以使其保持在轨道上。此外,在发现地球和月球的地质相似性之后,俘获理论就不再受青睐。
猜测四:破碎的忒伊亚的残余物合并成月球其中一种理论认为,忒伊亚行星与地球发生了猛烈碰撞,这种变异假设忒伊亚是由与地球不同、可能更弱的物质组成的,因此,忒伊亚袭击时,地球仍然相对完好。然而,忒伊亚分裂了,剩下的碎片最终合并成月球。尽管这个理论曾经引人注目,但它已被证明是不正确的。因为地球和月球是由相似的元素(特别是硅和氧)和相似的浓度组成的。
如果忒伊亚以如此大的力量撞击了年轻的原地球,以至于两个物体都被蒸发了怎么办?一些科学家提出,撞击可能产生了一种奇怪的旋转百吉饼形状的云,称为“synestia”。他们认为,这种结构可以像一种旋转的混合碗一样,均匀地混合每个体内发现的化学元素。随着时间的推移,塞内斯蒂亚最外侧的物质合并到月球上,而其余的物质则合并到地球上。
在这种情况下,忒伊亚仍然撞击地球,但没有发生汽化,撞击产生的碎片仍然聚结到月球上。这个理论的独特之处在于,构成忒伊亚的材料恰好与构成地球的材料相同。没有伤害,没有犯规,对吗?那么问题就变成了:忒伊亚是如何形成的?也许忒伊亚和地球都形成在同一个吸积盘的相对两侧(吸积盘的物质均匀地分布在整个吸积盘上)。后来,有什么东西扰乱了忒伊亚绕太阳的轨道,导致它偏离了原来的位置,最终导致忒伊亚撞上了地球。
猜测五:多重外星撞击假说在这一理论中,早期地球被认为不是受到一次撞击,而是受到多次撞击。人们认为每次撞击都会产生一个碎片场,最终合并成一个微小的小卫星。后来,这些较小的卫星相互合并形成了月球。这一假设的独特之处在于它不依赖于单一的“确凿证据”。它允许一些事件逐渐使月球变大。该模型指出,每次撞击后数小时内就会形成一个物质盘,并且这种物质会在几百年的时间里凝结成一个小卫星。以色列科学家于 2017 年初提出了这一想法,并认为多次高速撞击的聚合效应可能会产生足够的物质来形成月球。