據物理學家組織網報道，一項新的理論對月球的來源做出了解釋，并對原有的“大碰撞”理論提出挑戰(zhàn)。 

 

對于地球來說，月球作為衛(wèi)星的體積有些太大了，而且除缺少很久以前逸散掉的易揮發(fā)性物質，地月在成分上幾近相同。加利福尼亞大學戴維斯分校地球行星學教授、論文第一作者 Sarah Stewart 指出，這讓月球在太陽系的主要天體中獨樹一幟。

目前，月球形成的教科書理論是“大碰撞”理論：在太陽系形成的晚期，一些行星大小的高溫天體間會產生相互碰撞。其中，一個火星大小的天體撞上了當時的地球，并拋灑出了大量碎片。而這些碎片聚合形成了月球，其中大約60%來自撞擊體。這一碰撞也塑造了地月系統(tǒng)的角動量，并讓早期地球具有5小時的自轉周期。千萬年后，月球逐漸遠離地球，地球的自轉也逐漸減慢到今天的24小時。

 “大碰撞”理論是這樣推演而出的：科學家們通過觀察月球現在的運行軌道，計算在潮汐力作用下地月系統(tǒng)角動量的快速轉移，再反推得到初始狀態(tài)。

但是這種理論存在兩個問題。其一，月球的化學構成與地球驚人相似，不符合“60%的組成來自撞擊體”。其二，月球當前軌道與赤道傾斜交叉，如果月球由環(huán)繞地球赤道運行的一團物質聚集而來，那么它應該依然在地球赤道上空運轉。這意味著月球的軌道形成還有其他的力量參與其中。原有大碰撞理論無法對此做出解釋。

加州山景城 SETI 研究所科學家Matija Ćuk、馬里蘭大學的 Douglas Hamilton 以及哈佛大學的 Simon Lock 共同提出了一種新模型，重新詮釋了月球如何到了它現在所處的位置。

 

 

在“大碰撞“模型中，地球的初始傾角接近當前的23.5度（上圖）。最開始，月球是在地球赤道平面內運行的；之后，月球軌道沿平滑的路徑從赤道面向黃道面（地球圍繞太陽運行的平面）過渡。而新模型假設：如果地球在碰撞過后的初始傾角更大（大約75度，下圖），那么月球軌道從赤道面到黃道面的過渡則是劇烈波動的，導致沿黃道面出現較大擺動。下圖符合當前月球軌道與黃道的5度夾角。圖片來源: Douglas Hamilton

早在2012年，Ćuk 和 Stewart 就提出，地月系統(tǒng)的一部分角動量可能轉移到了日地系統(tǒng)中。由此可推測以開始時的大碰撞的能量可能更高。

在新模型中，高能碰撞導致原始地球大量的物質蒸發(fā)和融化。此外，模型中的地球的自轉時間成為2小時一天，而自轉軸朝向太陽。

由于大碰撞的能量更高了，撞擊后原地球和撞擊物混為一體，而月球和地球都源自這一整體，因此有相似的物質構成。

由于潮汐引力逐漸削弱了地月系統(tǒng)的角動量，月球逐漸遠離地球。當它到達“拉普拉斯平面過渡點（La Placeplane transition）”時，地球對月球的引力開始小于了太陽對月球的引力。這造成了地月系統(tǒng)的一些角動量轉移到日地系統(tǒng)中。

角動量的轉移雖然并未對地球的軌道造成顯著影響，但卻把地球扶正了。因此新模型顯示的月球軌道與赤道面的夾角更大。

之后的幾千萬年，月球繼續(xù)緩慢而持續(xù)的遠離地球，直到它到達第二個過渡點。在這里，月球軌道的傾角減小到5度左右，這便差不多與當前情況一致。

Stewart說道，“新理論中，最開始僅一次的大碰撞就能對月球軌道和化學構成做出完美的解釋。因此，月球軌道的形成可以總結為——

一次大碰撞觸發(fā)了一系列的事件。”

責編：科普知識網