原文標(biāo)題：《【宇宙雜談】月球哪兒來(lái)的？神秘的月球背面（文字版）》
月球是哪兒來(lái)的？同樣是內(nèi)太陽(yáng)系行星的水星、金星和火星，為什么它們要么沒(méi)衛(wèi)星，要么有也只是很小很小的。即使是最大的火衛(wèi)一，它的平均直徑也才 20 公里左右，小到連規(guī)則的球形都形成不了，看起來(lái)就像個(gè)大土豆。
而作為地球的衛(wèi)星月球相對(duì)就大得多，直徑大約 3500 公里，相當(dāng)于地球的 1/4。
對(duì)于這么一個(gè)大家伙，它的起源就顯得撲朔迷離了。在上個(gè)世紀(jì)，主流科學(xué)界關(guān)于月球起源主要有這么幾種猜測(cè)。
一種是說(shuō)月球曾經(jīng)是地球的一部分，后來(lái)由于地球的自轉(zhuǎn)速度太快，結(jié)果把自個(gè)兒給轉(zhuǎn)散架了，月球就是當(dāng)時(shí)甩出去的一部分地球物質(zhì)形成的。這個(gè)叫做“分裂說(shuō)”。
另一種是說(shuō)月球它本不是地球的衛(wèi)星，只是因?yàn)閺牡厍虻纳磉吔?jīng)過(guò)被地球的引力捕獲，所以才成了一顆衛(wèi)星。這種叫做“捕獲說(shuō)”。
還有種說(shuō)法干脆認(rèn)為，月球它其實(shí)就是和地球一起誕生的，都由太陽(yáng)系的原始吸積盤直接形成，就像太陽(yáng)和行星一起誕生于同一片分子云一樣。這種叫做“吸積說(shuō)（同源說(shuō)）”。
相較于以上三種假說(shuō)，如今的科學(xué)界對(duì)地月系統(tǒng)的形成更認(rèn)同的還是“大碰撞說(shuō)（Giant impact hypothesis, GIH）”。
這種假說(shuō)認(rèn)為，當(dāng)初有一顆火星大小的天體被稱為“忒伊亞”，有一天它和地球發(fā)生了碰撞，大量的物質(zhì)被拋灑出去并環(huán)繞地球運(yùn)動(dòng)。隨著時(shí)間的推移，這些碎片慢慢聚集起來(lái)，最終形成了今天的月球。
但是通過(guò)對(duì)阿波羅帶回的月球巖石樣本進(jìn)行同位素分析后，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，月球巖石和地球巖石在同位素方面有著驚人的相似度，這意味著月球和地球有著相同的組成。但這就帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題：因?yàn)樘祗w本身的元素含量會(huì)受到太陽(yáng)風(fēng)的影響，當(dāng)初那個(gè)忒伊亞如果是外來(lái)的話，它最初距離太陽(yáng)的位置和地球有著很大差異，所以在同位素方面它不應(yīng)該與地球如此相似。這也成為了大碰撞假說(shuō)目前遇到的主要問(wèn)題之一。
上個(gè)月（2022 年 10 月）一篇發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》上的文章，研究人員對(duì)忒伊亞和地球之間的那次“天地大沖撞”給出了不一樣的細(xì)節(jié)解釋。他們通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行了上百次的模擬撞擊，而且相較于以前的碰撞模擬，這次的模擬更注重碰撞的細(xì)節(jié)過(guò)程。
研究人員發(fā)現(xiàn)在大碰撞發(fā)生后，那些拋灑出來(lái)的物質(zhì)或許并沒(méi)有成為行星環(huán)，而是形成了兩個(gè)相互比較獨(dú)立的部分，一個(gè)離地球比較近，另一個(gè)則相對(duì)較遠(yuǎn)。遠(yuǎn)的那個(gè)由于超出了地球的洛希極限，所以不會(huì)被地球引力撕扯，久而久之就形成了后來(lái)的月球；而相對(duì)較近的那個(gè)則被地球的引力給扯碎，逐漸落回了地球。由于形成月球的那部分物質(zhì)大部分都來(lái)源于地球，這或許可以解釋大碰撞假說(shuō)中的同位素相同問(wèn)題。
其實(shí)關(guān)于大碰撞的具體細(xì)節(jié)，我們還可以從另一個(gè)地方找到線索，那就是月球背面。
我們知道，月球由于被潮汐鎖定，它永遠(yuǎn)只有一個(gè)面朝向地球。面向地球的這面我們稱其為正面，背對(duì)我們的則稱為背面。
在人類發(fā)射月球探測(cè)器之前，我們一直以為月球的正面背面應(yīng)該都差不多。但當(dāng)?shù)谝淮慰吹教綔y(cè)器傳回的照片時(shí)，天文學(xué)家才驚訝地發(fā)現(xiàn)，月球的背面竟然如此的不一樣。不像正面有著大塊兒的盆地，月球背面是崎嶇的高原地形。
通過(guò)探測(cè)器的引力測(cè)量，天文學(xué)家分析了月球內(nèi)部的質(zhì)量分布情況：正面的月殼平均厚度大約 30 公里，而背面的厚度則有 50 公里。
除此之外，通過(guò)對(duì)月球隕石的分析，人們還發(fā)現(xiàn)正面和背面的物質(zhì)在化學(xué)成分上也有很大不同。
種種跡象表面，月球成為了“兩面派”肯定和它當(dāng)初的形成過(guò)程息息相關(guān)。這些差異也是大碰撞假說(shuō)需要進(jìn)一步解釋和完善的地方。
其實(shí)目前已經(jīng)有一些基于大碰撞假說(shuō)的升級(jí)版理論。
比如有一種被稱為“正面加熱理論（Nearside heat theory）”。說(shuō)是在大碰撞發(fā)生后，此時(shí)的月球和地球都處于熔融狀態(tài)，尤其是地球，它就像一個(gè)超級(jí)大火爐，把旁邊月球這個(gè)“小煤灰”烤的通紅。不過(guò)月球背面因?yàn)楸硨?duì)著地球，所以它冷卻得就會(huì)快一點(diǎn)，于是便形成了更厚的月殼。
你可能會(huì)說(shuō)：地球的那點(diǎn)熱量在地月這個(gè)距離上來(lái)說(shuō)，會(huì)不會(huì)太微不足道了？
確實(shí)，以今天的地月距離來(lái)說(shuō)，地球想把那么多的熱量傳遞給月球確實(shí)不太可能。不過(guò)目前研究認(rèn)為，月球可是正在以每年 3.83 厘米的速度遠(yuǎn)離地球。也就是說(shuō)，在地月系統(tǒng)剛剛形成之初，它倆的距離曾經(jīng)非常近，甚至只有地球直徑的一兩倍遠(yuǎn)。在那么近的情況下，月球正面是可以接收足夠的熱量，表面的火山活動(dòng)也更為劇烈，這也是為什么今天我們?cè)谡婵吹搅舜笃娜蹘r平原。
但是這個(gè)假說(shuō)仍存在一些問(wèn)題，比如說(shuō)如果當(dāng)初它倆真得挨得那么近的話，月球很可能就不會(huì)慢慢遠(yuǎn)離地球，相反它會(huì)逐漸靠近地球，最終撞上地球。
而另一個(gè)大碰撞假說(shuō)的升級(jí)版，真就提供了一個(gè)“二次撞擊（Second impact）”的假說(shuō)。
這種說(shuō)法認(rèn)為：在第一次忒伊亞的大碰撞發(fā)生后，此時(shí)又有一個(gè)小天體迎面撞上了仍處于熔融狀態(tài)的月球。隨后濺射出的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)到了背面并沉淀了下來(lái)，從而形成了高原地形。而承受撞擊的正面，由于地表被融化，所以導(dǎo)致了化學(xué)成分上存在差異。
但是這種猜想也有問(wèn)題，比如撞擊若是發(fā)生在熔融狀態(tài)的早期，那么今天月球正面的撞擊盆地應(yīng)該早就被抹平了，不可能保留到現(xiàn)在。
和二次撞擊假說(shuō)類似，還有種假說(shuō)認(rèn)為：當(dāng)大碰撞發(fā)生后，由地球周圍碎屑形成的衛(wèi)星并不只有一顆，而是兩顆。由于這兩顆衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)速度存在差異，隨后較小的那顆追尾了另外一顆大的。于是類似二次撞擊假說(shuō)，碰撞后小衛(wèi)星的碎片濺落到了大衛(wèi)星的另一面，后來(lái)二者融合在一起形成了最終的月球。
不管是哪種假說(shuō)，對(duì)于月球正背面的差異以及起源問(wèn)題，目前都還缺少實(shí)際證據(jù)。不過(guò)如今，隨著各國(guó)探月計(jì)劃的開(kāi)展，將會(huì)為月球演化研究帶來(lái)新的證據(jù)。
比如前兩年我國(guó)的“嫦娥五號(hào)”就從月球帶回了 1.73 公斤的月球樣品?；谠摌悠?，科學(xué)家在《自然》雜志連發(fā)三篇論文，把月球火山活動(dòng)的持續(xù)時(shí)間一下向后推了 20 億年，刷新了人類對(duì)月球演化的認(rèn)知。但是小小的月球?yàn)楹蝺?nèi)部冷卻得如此之慢，這成了困擾學(xué)術(shù)界的一個(gè)新問(wèn)題。
但是沒(méi)過(guò)多久，這個(gè)問(wèn)題就被我國(guó)科學(xué)家解開(kāi)了。研究人員通過(guò)對(duì)月球玄武巖樣本分析后發(fā)現(xiàn)，這里面鈣和鈦的含量要比預(yù)想的多。因?yàn)樾鋷r就是當(dāng)初月表的巖漿冷卻后形成的，所以這意味著巖漿在深入月幔的過(guò)程中，由于含有了比較多的鈣和鈦，所以月幔的熔點(diǎn)被大大降低了。
不光是我國(guó)，NASA 現(xiàn)在也將對(duì)當(dāng)年阿波羅帶回的已被封存了 50 年的月球樣品計(jì)劃重新開(kāi)展研究。日后相信類似的關(guān)于月球演化的研究結(jié)果，將會(huì)越來(lái)越多。
不過(guò)目前我們獲得的都還只是月球正面的樣品，想要徹底解開(kāi)月球起源之謎，對(duì)月球背面樣品的分析必不可少。而在這方面，中國(guó)的“嫦娥四號(hào)”已經(jīng)成為了首個(gè)登陸月球背面的探測(cè)器，隨后的“嫦娥六號(hào)”更是計(jì)劃完成對(duì)月球背面的采樣返回任務(wù)。相信到時(shí)候，我們對(duì)月球起源真相的了解會(huì)更進(jìn)一步。
本文來(lái)自微信公眾號(hào)：Linvo 說(shuō)宇宙 （ID：linvo001），作者：Linvo
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