月亮是怎么形成的？

【專家解說】：月球的起源與演化一直是人類十分關(guān)注的自然科學(xué)的基本問題之一。100多年來曾有過多種有關(guān)月球起源與演化的假說，但至今仍眾說紛紜，難以形成一個(gè)統(tǒng)一的說法。這些月球成因?qū)W說爭(zhēng)論的焦點(diǎn)在于，月球是與地球一樣，在太陽(yáng)星云中通過星云物質(zhì)的凝聚、吸積而獨(dú)立形成，還是由地球分裂出來的一部分物質(zhì)形成的？月球形成時(shí)就是地球的衛(wèi)星，還是在后期的演化中被地球俘獲而成為地球衛(wèi)星的？ 1.分裂說 地月分裂說 [4]月球的共振潮汐分裂說是月球起源研究中著名的假說之一。 月球的共振潮汐分裂說堅(jiān)持月球是地球的親生女兒，即月球是從地球中分裂出來的。堅(jiān)持這一假說的科學(xué)家認(rèn)為，在地球形成的早期，地球呈熔融態(tài)，由于潮汐共振作用，地球自轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，即使只考慮地球和月球的角動(dòng)量，當(dāng)時(shí)地球自轉(zhuǎn)的周期也僅有4小時(shí)，加上太陽(yáng)的潮汐作用，地球的自轉(zhuǎn)周期可縮短到2小時(shí)，因此有理由相信，在地球歷史的早期，地球飛快地旋轉(zhuǎn)，其自轉(zhuǎn)速率比現(xiàn)在要高得多。若初期的地球是熔融狀態(tài)，地球物質(zhì)在地赤道面上將出現(xiàn)膨脹區(qū)，使在赤道面上的一部分熔體分離，或者說這部分熔融物質(zhì)在地球高速自轉(zhuǎn)情況下從赤道區(qū)被甩了出去，甩出去的物質(zhì)在地球附近的行星際空間凝聚，冷凝后形成月球。一些持這種假說的人還認(rèn)為，地球上的太平洋就是分裂出月球后留下的“疤痕”。由于這種假說提出月球是從地球分離出去的，因此這種假說被形象地比喻為“母女說”。不過，由于這一假說與地月系的基本特征不相符，現(xiàn)在已經(jīng)被大多數(shù)科學(xué)家所擯棄。 2.同源說 地月同源說 [6]與俘獲說、分裂說和碰撞成因說一樣，月球的同源說也是月球起源研究的著名假說之一。 月球起源的同源說堅(jiān)信月球與地球是姐妹或兄弟關(guān)系，月球與地球在太陽(yáng)星云凝聚過程中同時(shí)“出生”，或者說在星云的同一區(qū)域同時(shí)形成了地球和月球。 主張這一假說的科學(xué)家認(rèn)為，在原始太陽(yáng)星云內(nèi)，溫度和化學(xué)成分取決于與太陽(yáng)的距離。太陽(yáng)系的各個(gè)行星是在星云中不同的區(qū)域、由不同化學(xué)成分的星云物質(zhì)凝聚、吸積而形成的。月球與地球在太陽(yáng)星云中相距較近，形成過程相似，屬于同時(shí)形成的“兄弟”。對(duì)于地球與月球成分上的差異，他們解釋說，形成行星時(shí)，開始是凝聚、吸積并形成以鐵為主要成分的行星核，金屬核進(jìn)一步增長(zhǎng)之后，星云中殘留的非金屬物質(zhì)才凝聚，月球就是地球形成后剩下的殘余物質(zhì)所組成的。同源說力圖合理解釋地球與月球成分差異和月球的核、幔與殼的組成，但其模式與太陽(yáng)星云的凝聚過程和地月系的運(yùn)動(dòng)特征不盡相符。因此，這一假說也不盡人意。 3.俘獲說 地月俘獲說 [8]月球捕獲說認(rèn)為，月球是地球搶過來的“女兒”，即地球與月球由不屬于同一星云團(tuán)的物質(zhì)形成，由于地-月軌道的變化，在1～10個(gè)地球半徑范圍內(nèi)，外來的月球在飛過地球附近時(shí)被地球的強(qiáng)大引力所捕獲，最終成為一顆環(huán)繞地球運(yùn)行的衛(wèi)星。 主張俘獲說的科學(xué)家認(rèn)為，地球和月球處在太陽(yáng)星云的不同部位，由化學(xué)成分不同的星云物質(zhì)凝聚而形成。月球原來的運(yùn)行軌道與地球的軌道面交角很?。s5度），當(dāng)月球運(yùn)行到地球附近時(shí)，在地月距離為10個(gè)地球半徑的范圍內(nèi)，月球可能被地球俘獲而成為地球的衛(wèi)星。 著名有天文學(xué)家阿爾芬認(rèn)為，月球曾經(jīng)是一個(gè)獨(dú)立的行星，月球被地球俘獲時(shí)，與地球的距離大約為26個(gè)地球半徑，與地球的平面的交角為149度。如果月球進(jìn)入地球的洛希限，潮汐會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的非均一重力場(chǎng)，月球表面的巖石將會(huì)破碎，并進(jìn)入月球運(yùn)行的軌道空間，大部碎片物質(zhì)又返回月球，撞擊月球，在月表產(chǎn)生大量的月海盆地。月球正面在39億年前發(fā)生的開鑿月海事件——雨海事件也許是俘獲說的重要證據(jù)。通過地月軌道的精細(xì)計(jì)算及激光測(cè)距的數(shù)據(jù)表明，現(xiàn)今月球的軌道愈來愈遠(yuǎn)離地球，每年后退約3.8厘米。不過，俘獲說只能解釋部分觀測(cè)事實(shí)，不能令人滿意。因此，不斷有人另辟蹊徑，提出新的假說。 4撞擊說 撞擊說 分裂說、同源說、浮獲說這些關(guān)于月球起源的假說只能解釋部分觀測(cè)事實(shí)，不能令人滿意。因此不斷有科學(xué)家另辟蹊徑，提出新的假說。其中，20世紀(jì)80年代中期提出的撞擊成因說引起了人們的極大關(guān)注，它能解釋更多的觀測(cè)事實(shí)，是當(dāng)前較合理的月球起源假說。 撞擊成因說也被稱為“大碰撞分裂說”，這一假說認(rèn)為，地球早期受到一個(gè)火星大小的天體撞擊，撞擊碎片（即兩個(gè)天體的硅酸鹽幔的一部分）最終形成了月球。 撞擊成因說認(rèn)為，在太陽(yáng)系形成早期，行星際空間有大量星云，星云經(jīng)過碰撞、吸積而逐漸增大。大約在相當(dāng)?shù)卦孪到y(tǒng)存在的空間范圍內(nèi)，形成了一個(gè)質(zhì)量相當(dāng)于現(xiàn)在地球質(zhì)量9/10的“原地球”和另一個(gè)火星大小的天體“原月球”。這兩個(gè)天體在各自的演化過程中都形成了以鐵為主的金屬核和由硅酸鹽組成的幔和殼。由于這兩個(gè)天體相距不遠(yuǎn)，因此有機(jī)會(huì)發(fā)生碰撞。劇烈的碰撞不僅使“原地球”的自轉(zhuǎn)產(chǎn)生了偏斜，而且使“原月球”碎裂，幔和殼變熱蒸發(fā)，膨脹的氣體“裹挾”著塵埃和少量的幔物質(zhì)飛離原月球。被分離的金屬核因受膨脹氣體的阻礙而減速，被“原地球”吸積并變成了地球的一部分。飛離的氣體塵埃物質(zhì)受地球引力的作用，呈盤狀分布在洛希限以外的空間，它們通過吸積，先形成一些小天體，然后像滾雪球一樣不斷吸積增長(zhǎng)，最終形成現(xiàn)在的月球。 撞擊成因說可以合理地解釋地月系統(tǒng)的基本特征，如地球自轉(zhuǎn)軸的傾斜與自轉(zhuǎn)加速、月球軌道與地球赤道面的不一致、月球是太陽(yáng)唯一的與主行星質(zhì)量比為1/81的衛(wèi)星、月球富含難熔元素而匱乏揮發(fā)性元素和親鐵元素、月球的密度比地球低以及月球形成初期曾產(chǎn)生過廣泛熔融、存在過巖漿洋等事實(shí)，因此撞擊成因說是當(dāng)今較為合理、較為成熟的月球起源學(xué)說，逐漸獲得了大多數(shù)學(xué)者的支持。[11] [8]繞月航天器Smart-1 [12]2006年，歐洲宇航局的繞月航天器Smart-1完成對(duì)月球表面化學(xué)成分的測(cè)定，測(cè)定結(jié)果顯示月球表面含有包括鈣和鎂在內(nèi)的一些化學(xué)元素。一直以來人們關(guān)于月球是由地球一部分撞擊分裂形成，這次發(fā)現(xiàn)為月球起源的“撞擊分裂說”提供了有力證據(jù)。 20世紀(jì)60年代晚期和20世紀(jì)70年代早期，美國(guó)宇航員阿波羅號(hào)登月任務(wù)中帶回月巖樣本，自那以后，行星學(xué)家們對(duì)這些月巖與地球深出地函區(qū)域發(fā)現(xiàn)的巖石十分的相似感到驚訝。當(dāng)更多的科學(xué)家細(xì)致的觀察了月巖，月球起源問題變得更具有懸疑，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)月球與地球深處的巖石仍有著很大的差別。最關(guān)鍵的是，月巖當(dāng)中的同位素與地球巖石當(dāng)中的發(fā)現(xiàn)并不一致。 據(jù)一些科學(xué)家推測(cè)，在地球生成的早期，曾經(jīng)有一個(gè)相當(dāng)于火星大小的星球撞擊地球，造成的碎片后來聚集形成了月球。如果情況的確如此，月球的含鐵量將會(huì)比地球低，而鎂和鋁這樣的輕元素的含量則會(huì)高一些。 關(guān)于月球的起源另外一種理論認(rèn)為，地球和月球是從一塊氣體塵埃云中同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)天體。但自從“阿波羅計(jì)劃”之后，科學(xué)家獲得了大量令人震撼的照片和382千克月球的土壤巖石。月球起源“撞擊分裂說”逐漸占據(jù)了上風(fēng)。 5核爆炸說 2010年初，南非和荷蘭的兩位科學(xué)家又提出了一種新的理論和解釋。他們認(rèn)為，月球并非是由于太空撞擊或太空爆炸所造成的，而是由于地球自身的一次核爆炸而從地球分離出去的。 南非西開普大學(xué)科學(xué)家羅伯-德-梅耶爾和荷蘭阿姆斯特丹自由大學(xué)科學(xué)家維姆-范-維斯特倫恩是根據(jù)一種核裂變理論提出這種觀點(diǎn)的，這種核裂變理論早在19世紀(jì)初就有科學(xué)家描述過。該理論認(rèn)為，地球和月球都來自宇宙中同一滴旋轉(zhuǎn)的熔巖，后來一部分分離出去形成了如今的月球。然而，除了撞擊原因以外，當(dāng)時(shí)的科學(xué)家無法用其他理由來解釋形成月球的那一部分熔巖是如何分離出去的。 兩位科學(xué)家認(rèn)為，形成月球的那部分熔巖是在地球的一次核爆炸中脫離出去的。在他們的研究論文--《月球起源的另一種假設(shè)》中，兩位科學(xué)家解釋說，如果月球是由于一次撞擊性的外部力量而從地球分離出去的話，那么它應(yīng)該由撞擊天體和地球的某些物質(zhì)組成。他們說，“太陽(yáng)系進(jìn)化的模型顯示，地球的化學(xué)組成和撞擊天體的化學(xué)組成不可能是同樣的?！? 然而，根據(jù)探測(cè)到的月球標(biāo)本顯示，月球在化學(xué)組成上幾乎與地球是相同的。這一發(fā)現(xiàn)表明，月球的分離過程沒有撞擊天體的介入?？茖W(xué)家們?cè)谘芯空撐闹薪忉屨f，“月球的化學(xué)組成與地球越相似，說明月球越有可能是直接形成于地球物質(zhì)?！? 因此，科學(xué)家們相信，造成月球直接從地球分離出去并進(jìn)入軌道的能量是由地球地幔邊界的一種超臨界反應(yīng)堆所產(chǎn)生。這種反應(yīng)堆產(chǎn)生足夠的熱量使得地球上的硅酸鹽等物質(zhì)被蒸發(fā)并噴射出去。美國(guó)《科技新時(shí)代》雜志科學(xué)家克雷-迪洛維也支持兩位科學(xué)家的觀點(diǎn)。迪洛維認(rèn)為，“根據(jù)他們的解釋，地心引力在地球的赤道平面附近的地表濃縮了大量的重金屬，如鈾和釷等。當(dāng)這些重金屬積聚到足夠多，濃度足夠大，就會(huì)產(chǎn)生一種失控的核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，這和核電站的某些原理有些相似?！? 迪洛維解釋說，“通過這種方式，一種自然形成的地球核反應(yīng)堆被推到了超臨界水平，然后就會(huì)爆炸。月球從地球分離出去后，被巨大的核爆炸力量推動(dòng)進(jìn)入公轉(zhuǎn)軌道。當(dāng)然，這種理論很難檢驗(yàn)。但是，人們確實(shí)知道地球核反應(yīng)堆的存在，它所產(chǎn)生的遺留物就是如今開采的鈾礦?！? 梅耶爾和維斯特倫恩認(rèn)為，要想證明他們的理論，需要依靠未來的月球探測(cè)任務(wù)帶回月球更深內(nèi)部的物質(zhì)樣本。 月球經(jīng)歷了45億年的演化，現(xiàn)今已成為一個(gè)內(nèi)部能源近于枯竭、內(nèi)部活動(dòng)近于停滯的僵死的天體，僅有極其微弱的月震活動(dòng)。小天體的撞擊和巨大的溫差是月球表面最主要的地質(zhì)營(yíng)力，它使巖石機(jī)械碎裂、月壤層增厚、地形緩慢夷平?，F(xiàn)今月球的表面是一個(gè)無大氣、無水、干燥、無聲、無生命活動(dòng)的死寂的世界。