新聞背景

　　《科學(xué)》雜志日前發(fā)表的一項新研究說，40多年前“阿波羅”飛船從月球帶回的巖石進一步支持了這樣的假說：月球是一顆火星大小的行星與地球相撞后形成的。

　　那么，對于月球的形成，科學(xué)家們都提出過什么樣的猜想？新證據(jù)又是如何支持大碰撞假說的呢？

　　分裂假說 地球轉(zhuǎn)得太快把月亮拋出去了

　　“明月幾時有，把酒問青天�！泵髅牡脑铝两o古往今來的人們帶來了無數(shù)美好的遐想。然而，真正認(rèn)真思考月球來歷這一問題，大約要到19世紀(jì)的末期了。

　　應(yīng)該說，月亮確實是個不同尋常的東西。它的直徑超過地球直徑的1/4，在我們的太陽系中，沒有其他行星像地球這樣，擁有一顆如此巨大的衛(wèi)星。

　　1879年，英國天文學(xué)家喬治·達爾文——即著名生物學(xué)家查爾斯·達爾文的兒子——提出了一種觀點。他說，在太陽系形成初期，地球還處于熔融狀態(tài)時，自轉(zhuǎn)得非�？欤厍虻淖赞D(zhuǎn)周期和由太陽引起的潮汐周期引起共振，部分物質(zhì)變形被拋離地球形成了月球，地球上廣闊的太平洋就是遺留的痕跡。達爾文說，月球形成的時候離地球非常近，它的存在使地球的自轉(zhuǎn)逐漸變慢，自己也一點點地遠(yuǎn)離地球并最終到達了今天所在的位置。

　　然而，在20世紀(jì)早期，科學(xué)家們進一步的研究發(fā)現(xiàn)了問題。他們指出，假如月亮真是被地球甩出去的，那么當(dāng)時的地球必須自轉(zhuǎn)得更快。但傳統(tǒng)的研究則顯示，當(dāng)時地球自轉(zhuǎn)一周是4個小時，而達爾文的理論若要成立，地球自轉(zhuǎn)的離心力就必須超過地球的引力，并且要足以將地球撕開。這樣，地球必須大約每兩小時自轉(zhuǎn)一周才可以。

　　達爾文的理論就這樣被擱置了。

　　共增生假說 地球和月亮是一起長大的雙生子

　　關(guān)于月球起源的問題，此后再沒有被人認(rèn)真地談起。直到美國阿波羅登月計劃開啟前后，這個問題才又被科學(xué)家們討論起來。

　　中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所許英奎博士介紹說，施密特在1959年首先提出共增生理論，在20世紀(jì)70年代很盛行。這個理論認(rèn)為，月球和地球由太陽系星子（小行星）碰撞匯聚形成。在太陽系演化的初期，許多小行星在以太陽為中心的軌道運動，它們彼此碰撞增生形成太陽系內(nèi)的各大行星。當(dāng)以太陽為中心運轉(zhuǎn)的小行星群經(jīng)過正在增生的原始地球時，它們的一部分會被原始地球吸引捕獲，另外一部分由于速度較大、僅轉(zhuǎn)變?yōu)橐缘厍驗橹行牡沫h(huán)繞軌道而不被地球捕獲，從而形成了圍繞地球的原始月球星子群。月球星子群在很短時間內(nèi)就會結(jié)合成一個或多個原始月球胚胎，這些原始月球胚胎最終結(jié)合成月球。由于形成地球和月球的太陽星子群離太陽的距離相近，所以兩者的氧同位素組成相同。

　　然而，共增生假說最大的問題在于不能解釋地月系統(tǒng)的角動量，因而后來逐漸被放棄。

　　捕獲假說 月亮是地球半途收留的“養(yǎng)子”

　　許英奎介紹，捕獲理論盛行于20世紀(jì)60年代。這個理論認(rèn)為，月球本來處于太陽系的其他位置，圍繞太陽旋轉(zhuǎn)，后來因為軌道接近地球，被地球強大的引力吸引，轉(zhuǎn)變?yōu)榈厍虻男l(wèi)星。

　　月球被地球捕獲并成為地球衛(wèi)星的幾率非常低，距離太近可能就會撞上，過遠(yuǎn)又可能捕捉不到。而且阿波羅登月以后，采集回來了月球的巖石等樣本，發(fā)現(xiàn)月球相對缺乏鐵鎳等成分，而小行星或其他太陽系中星體一般鐵鎳成分較多；另外，這一理論也難以解釋地球和月球有幾乎相同的氧同位素比值，所以這個理論也就很少再被探討下去。

　　大碰撞假說 “忒伊亞”撞地球撞出了月亮

　　1975年，一些科學(xué)家提出了“大碰撞”理論，這個理論認(rèn)為，在45億年前，原始的太陽系里存在過一顆名為“忒伊亞”的行星，它的大小和火星差不多�！斑羴啞迸既坏孛撾x了原來的軌道而和地球發(fā)生了碰撞，兩者都被撞出了碎塊，地球和該天體的地幔有一部分被拋擲進入環(huán)繞地球的軌道，這些物質(zhì)逐漸匯集形成月球。

　　開始的時候，大碰撞理論并沒有引起太多的重視。然而，當(dāng)科學(xué)家們弄清楚了早期太陽系的情形后，他們對大碰撞理論的態(tài)度改變了。在太陽系的早期，行星的形成的確依賴于大量的碰撞。以幾大行星目前的自轉(zhuǎn)狀態(tài)來說，顯示出太陽系形成早期劇烈的大碰撞事件的后果，如金星的公轉(zhuǎn)是相反的，火星和地球被撞“斜”了，才有了季節(jié)的變化，而天王星被完全撞倒了，是“躺”著轉(zhuǎn)的。

　　大碰撞理論更好地解釋了地月系統(tǒng)角動量、地球月球質(zhì)量等天體力學(xué)的制約條件，科學(xué)家還采用數(shù)值模擬的方法，設(shè)定特定的撞擊速度、角度等，模擬出月球的產(chǎn)生。因此，大碰撞理論可以說是目前月球產(chǎn)生的主流理論。

　　核爆炸假說 早期地球的核反應(yīng)炸出了月球

　　然而，如果月球果真產(chǎn)生于一次大碰撞，那么，月球上的物質(zhì)不會完全來自于地球，還會有相當(dāng)一部分（很可能是大部分）來自于碰撞地球的“忒伊亞”，我們應(yīng)該總能找到一些與地球上的物質(zhì)不盡相同的東西，如同種元素的同位素含量不相同。

　　然而，當(dāng)科學(xué)家們對阿波羅宇航員帶回的月球巖石進行了詳細(xì)分析后，卻發(fā)現(xiàn)月球巖石中的氧、鉻、鉀、硅的同位素和地球是相同的。因此，人們很自然地想到，月球也許曾經(jīng)完全是地球的一部分。于是，古老的“分裂假說”再次以種種形式復(fù)活。

　　有荷蘭科學(xué)家甚至提出了“核爆炸假說”，認(rèn)為45億年前，地球固體的地殼尚未形成，在它的深處一個巨大的核反應(yīng)堆處在超臨界狀態(tài)，最終它爆炸了，那次爆炸撕開了新生的地球，將一部分物質(zhì)推向了太空。他們的依據(jù)是，1972年，在西非的加蓬奧克洛地區(qū)開采鈾礦時，人們發(fā)現(xiàn)那里的鈾同位素鈾235發(fā)生過嚴(yán)重的損耗，這表明它們曾經(jīng)被一個核反應(yīng)堆燃燒過，活躍的時間大約在20億年前。

　　然而，“核爆炸假說”也沒有得到大多數(shù)科學(xué)家的認(rèn)可，有人甚至直接批評它是“主觀臆想”。

　　最新研究 為大碰撞理論找到了新證據(jù)

　　說到這里，就可以理解美國《科學(xué)》雜志報告的最新研究的意義了。

　　德國哥廷根大學(xué)等機構(gòu)的研究人員報告說，太陽系內(nèi)各個行星都由獨特的同位素組成，不過此前研究的結(jié)論都是月球巖石和地球巖石相當(dāng)相似，無法證實月球主要源于一個業(yè)已消失的天體。

　　最新研究采用一種非常靈敏的先進分析技術(shù)，分析了由美國航天局提供、上世紀(jì)六七十年代“阿波羅”飛船帶回的月巖。結(jié)果顯示，月巖的氧17與氧16的同位素比率，確實與地球巖石存在差異。研究第一作者、哥廷根大學(xué)的丹尼爾·赫瓦茨在一份聲明中說：“差異很小，難以察覺，但的確存在。我們現(xiàn)在有理由相信大碰撞發(fā)生了。”

　　目前多數(shù)關(guān)于月球起源的模型估計，月球70%至90%的成分來自“忒伊亞”，其余10%至30%來自早期地球。赫瓦茨則認(rèn)為，月球的成分可能一半來自“忒伊亞”，一半來自地球。但他也表示這一觀點尚需得到更多證據(jù)證實。

　　延伸閱讀

　　地球曾有兩個月亮？

　　長期以來，關(guān)于月球形狀就存在一個謎團：月球面對地球一面在物質(zhì)構(gòu)成及外貌方面與背對地球一面差異很大，前者地殼比另一面地殼薄許多，并擁有由玄武巖構(gòu)成的廣闊平原，這些平原被稱為月海，這是很久以前月球表面火山噴發(fā)的結(jié)果。背對地球的一面地殼厚很多，有更多隕石坑，幾乎沒有月海。

　　美國加州大學(xué)艾瑞克·阿斯帕等人提出過這樣的假說，“忒伊亞”和地球大碰撞產(chǎn)生了一大一小兩個月球，它們的體積比是 3:1，質(zhì)量比則為 25:1。它們一起圍繞地球旋轉(zhuǎn)，卻在 45 億年前發(fā)生了“追尾”事件，當(dāng)時小月亮撞上大月亮的背面，大部分的物質(zhì)留在其表面，融合成現(xiàn)在看到的月球。