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坑坑窪窪的月球背面

月球的起源泛指任何解釋地球天然衛星月球起源的理論,目前居於主導地位的是巨大撞擊假說(GIH)[1][2]。然而,月球起源研究仍在持續進行,並且仍有大量的變化[1]。其它起源方案亦包括了捕獲、分裂、孿生(凝結理論)、星子(類似小行星的小天體)碰撞、和碰撞理論[3]

標準的GIH提出一個火星大小、稱為忒伊亞的天體撞擊地球,創造了大量碎片環繞地球,然後形成地月系統[1]。然而,月球的氧同位素比率基本上與地球相同[4]。氧同位素的比率,可以非常精確的測量,是太陽系每個天體獨特且鮮明[5]。如果忒伊亞曾經是一個獨立存在的天體,作為噴出的混合材料,它可能會有與地球不同的氧同位素[6]。此外,月球的鈦同位素比率(50Ti /47Ti)也與地球非常接近(在4ppm內),這點顯示碰撞物體的質量可能只是月球的一小部分[7]

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月球的形成编辑

長期以來,碰撞理論面臨的挑戰之一就是,火星大小天體的撞擊,其組成可能會與地球有著極大的不同,這會造成地球和月球的化學組成有所差異,但它們並非如此。

—NASA[1]
 
月球樣本61016,更為人知的名字是「大莫」。

一些理論已經說明在46億年前,太陽系剛形成的時候,地球基本上還是熔岩,也沒有大型的衛星。忒伊亞,一顆大小如同火星的原行星,以某種形式擊中地球,並使地球噴出大量的物質。這些噴出物有些逃逸進入太空,但是其餘的經過重整後在環繞地球的軌道上合併成一個單一的固體,從而創造出月球。

這個假說需要一個大小是目前地球90%的天體,和另一個直徑如同火星大小的天體(地球半徑的一半和十分之一的質量)發生碰撞。這個碰撞的天體被稱為忒伊亞,源自希臘神話中月神的母親,女神忒伊亞。這種尺寸的比率是為了產生足夠的角動量,以匹配當前系統軌道的需要。這樣的撞擊將有足夠的質量被送入環繞地球的軌道,最終得以積累形成月球。

電腦模擬顯示需要偏斜的撞擊,形成長的臂狀體,然後剪下其中部分的物質形成月球。不對稱的地球形狀使得碰撞後的物質沉降在主要物質團塊周圍的軌道上。這次碰撞產生的能量驚人,可能會蒸發和融化數萬億噸的物質,地球部分地區的溫度可以高達10,000℃(18,000℉)。

月球相對較小的核被解釋為忒伊亞的鐵核沉降至地球的核心;月球樣品中缺乏揮發性物質也被解釋是碰撞的能量導致。當在軌道上環繞地球的物質再吸積時,釋放出的能量已經足以融化月球的物質,導致岩漿海的生成。

新形成的月球在今天距離十分之一的軌道上環繞著地球,由於潮汐摩擦將自轉的角動量傳遞給月球的軌道,使地月之間的距離逐漸增加。一路以來,月球的自轉被地球潮汐鎖定,所以月球始終以同一面朝向地球。同樣的,月球也會和當時較小的地球衛星碰撞並吸納這些衛星,並共享組成地球的化學元素, 包括同位素的豐度。月球的地質一直以來越來越獨立於地球之外。雖然這一假說解釋了地球-月球系統的許多面,但仍有一些未能解決的問題,像是月球的揮發性物質未能如預期地在碰撞的能量中消耗殆盡[8]

另一個問題是月球和地球的同位素比較。在2001年,月球同位素最精確的測量結果被發表[4]。出人意料的是,阿波羅的月球樣本與地球岩石的同位素相同,而不同於太陽系其他的天體。因為理論假設進入環繞地球軌道並形成月球物質的,大部分來自忒伊亞,因此這觀測結果是出乎意料的。在2007年,來自加州理工學院的研究人員表明,忒伊亞有著與地球相同同位素的可能性低於1%[9]。在2012年,阿波羅月球樣本的鈦同位素分析顯示,月球和地球的組成相同[10],這與月球(忒伊亞)形成於遠離地球軌道的大撞擊說矛盾

為了解釋這個問題,2012年下半年新的理論被發表,這兩個相撞天體的大小都是火星的5倍,並且再度的碰撞,形成大盤面的碎片,最終形成了月球[1]。這篇論文是羅賓·克納發表的形成月球類似地球的大碰撞[1]

在2012年後期,對月球上同位素枯竭的研究,支持月球和地球起源於大碰撞[11]

在2013年,一份研究報告指出,在月球岩漿中基於同位素以區別碳質球粒隕石的水,與地球的幾乎一樣[12][13]

在2013年9月,GIH理論再度受到挑戰[14],使月球的起源感覺變得越來越複雜[15]

另一個可能性是在大碰撞之前,地球有一個或多個普通的衛星,共享著相同的組成。在碰撞之下,月球在比其它的衛星都更靠近地球的地方形成,然後盤旋著向外移動,並與其它的衛星發生碰撞。如果月球的質量比其它的衛星巨大,它對地球的潮汐效應會比較大,也會加速向外盤旋的移動。這導致了月球被和地球有著相同成分的衛星物質覆蓋著。

月球 – 風暴洋
古代的裂谷 – 矩形的結構(可見的 – 地形– GRAIL重力梯度)(2014年10月1日)
古代的裂谷 – 背景
古代的裂谷 – 特寫(藝術家的概念)

其他的假說编辑

密度[16]
天體 密度
水星 5.4 g/cm3
金星 5.2 g/cm3
地球 5.5 g/cm3
月球 3.3 g/cm3

捕獲說编辑

在捕獲說中,月球是被地球捕獲[17],兩者處於陌生人的關係。這種說法在1980年代之前非常流行,這個模型可以說明月球的大小、軌道和潮汐鎖定,因而得到一些厚愛[17]

然而,這個假說未能解釋捕獲的機制[17]。由於與地球近距離的接觸,通常會導致碰撞或軌道的改變,故此在這一假說中需要有一個過大的大氣層包覆著原始的地球,在月球逃逸之前能夠減緩它的速度。這個假說也可以解釋木星土星的不規則衛星軌道[18]。此外,這個假說也解釋不了為何地球和月球存在著基本相同的同位素比率[4]

 
地球和月球的等比例縮圖,途中每個像素相當於500公里。

分裂說编辑

這是現在已經不被採信的假說,其假設地月是母子關係,古代飛速自轉的地球拋出了一部分的質量而形成月球[17]。這是查理斯·達爾文(著名的生物學家達爾文的兒子)在19世紀提出的,在阿波羅登月之前都很流行[17]。在1925年,奧地利的地質學家Otto Ampherer也提出月球是導致大陸漂移的原因[19]

這個假說提出太平洋是此一事件的傷疤[何意?][17]。然而,如今眾所周知的是這個海洋的外殼是很年輕的,只有2億年的歲月,相較之下月球的年齡大太多。月球並不是起源於海洋地殼的地函物質,而是起源於原始地球的寒武紀年代之前[7]。然而,即使太平洋是由月球的分裂創造出來的,也不能證明分裂說的假說是對的[來源請求],因為這個假說也不能解釋地-月系統的角動量 [來源請求]

 
通過月球探勘者映射出月球上的濃度。

孿生說编辑

孿生說的假說認為,地球和月球是從太陽系原始的吸積盤中一起誕生的兄弟星球[20]。此一假說的問題是它不能解釋地-月系統的角動量,以及月球為何有個相較於地球較小的鐵核(半徑的25%相較於地球是50%[何意?][20]

其它的理論和研究编辑

美國的NASA大約在2012年發表的短片月球的演化[21]

在2011年,曾推測在45億年前有第二顆衛星存在著,而後者和月球碰撞,成為月球形成時吸積的一部分[22]

另一種假說,提出地球的衛星是來自於金星[23]

相關條目编辑

註解编辑

參考資料编辑

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 NASA Lunar Scientists Develop New Theory on Earth and Moon Formation
  2. ^ Staff. Revisiting the Moon. New York Times. September 7, 2014 [September 8, 2014]. 
  3. ^ Theories of Formation for the Moon
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 Wiechert, U.; Halliday, A. N.; Lee, D.-C.; Snyder, G. A.; Taylor, L. A.; Rumble, D. Oxygen Isotopes and the Moon-Forming Giant Impact. Science (Science (journal)). October 2001, 294 (12): 345–66 [2009-07-05]. Bibcode:2001Sci...294..345W. PMID 11598294. doi:10.1126/science.1063037. 
  5. ^ Scott, Edward R. D. Oxygen Isotopes Give Clues to the Formation of Planets, Moons, and Asteroids. Planetary Science Research Discoveries (PSRD). December 3, 2001 [2010-03-19]. Bibcode:2001psrd.reptE..55S. 
  6. ^ Nield, Ted. Moonwalk (PDF). Geological Society of London: 8. September 2009 [2010-03-01]. (原始内容 (PDF)存档于2011-06-05). 
  7. ^ 7.0 7.1 Zhang, Junjun; Nicolas Dauphas; Andrew M. Davis; Ingo Leya; Alexei Fedkin. The proto-Earth as a significant source of lunar material. Nature Geoscience. 25 March 2012, 5: 251–255. Bibcode:2012NatGe...5..251Z. doi:10.1038/ngeo1429. 
  8. ^ J. H. Jones. TESTS OF THE GIANT IMPACT HYPOTHESIS (PDF). Origin of the Earth and Moon Conference. [2006-11-21]. 
  9. ^ Pahlevan, Kaveh; Stevenson, David. Equilibration in the Aftermath of the Lunar-forming Giant Impact. EPSL. October 2007, 262 (3-4): 438–449. Bibcode:2007E&PSL.262..438P. arXiv:1012.5323. doi:10.1016/j.epsl.2007.07.055. 
  10. ^ Titanium Paternity Test Says Earth is the Moon's Only Parent (University of Chicago)
  11. ^ Paniello, et al. - Zinc isotopic evidence for the origin of the Moon
  12. ^ Earth-Moon: A Watery “Double-Planet” 互联网档案馆存檔,存档日期2013-08-07.
  13. ^ A. Saal, et al. - Hydrogen Isotopes in Lunar Volcanic Glasses and Melt Inclusions Reveal a Carbonaceous Chondrite Heritage
  14. ^ Daniel Clery. Impact Theory Gets Whacked. Science. 11 October 2013, 342: 183. doi:10.1126/science.342.6155.183. 
  15. ^ Daniel Clery -Impact Theory Gets Whacked
  16. ^ The Formation of the Moon
  17. ^ 17.0 17.1 17.2 17.3 17.4 17.5 Lunar Origin. [2016-04-15]. (原始内容存档于2013-09-27). 
  18. ^ Jewitt, David; Haghighipour, Nader, Irregular Satellites of the Planets: Products of Capture in the Early Solar System, Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 2007, 45: 261–295, Bibcode:2007ARA&A..45..261J, arXiv:astro-ph/0703059, doi:10.1146/annurev.astro.44.051905.092459 
  19. ^ Die Naturwissenschaften, July 1925 (in German)
  20. ^ 20.0 20.1 http://burro.cwru.edu/Academics/Astr221/SolarSys/lunaform.html
  21. ^ GSFC
  22. ^ doi:10.1038/nature10289
  23. ^ [1],Did We Steal Our Moon From Venus? Is our planet a dirty thief?, Popular Science, 09.27.2013 at 5:07 pm

外部連結编辑