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太空探秘:月球起源之谜

2017-08-08 14:56:10来源:《太空探秘·拜访近邻》 已浏览人数:
碰撞假说兼容了各种月球起源假说的优点,解释了其他假说不能解释的问题。然而,它毕竟是一种假说,还需要更多证据来证明。

(作者:《来自大自然的启示丛书》编委会)

18世纪的法国科学家布丰最早讨论了太阳系的起源,他认为太阳系的所有星球都起源于彗星同太阳的一次大碰撞,撞下来的太阳碎块产生了地球和月球。换句话说,地球和月球都是从太阳这个“母体”中产生出来的。此后不久,德国的康德和法国的拉普拉斯提出了星云假说,认为太阳系天体起源于一团叫做星云的弥漫物质,月亮和地球是由同一团弥漫物质形成的,形成地球的弥漫物质较多,形成月球的较少,所以地球大,月亮小。按照这种说法,月亮和地球起源相同,是一母所生的“孪生姐妹”,应当有相同的密度和化学成分。可是,地、月的密度和化学成分却不同,显然星云假说有问题。于是,乔治·达尔文提出了一个新假说:月亮原是地球的一部分,当时地球处于熔融状态,而且快速自转,越来越快,最终将一部分物质从赤道区域甩了出去,月球就是由这些被甩出去的物质形成的。他还认为,地球上的太平洋就是物质甩出后留下的疤痕。这一假说解释了一些事实:其一,形成月球的物质是从地球的上地幔甩出去的,密度没有地球“地心”物质那样大,因此它解释了月球密度小的问题。其二,激光测量表明,月球每年远离地球5厘米,这就是说,在遥远的46亿年以前,月球的确距离地球比较近。但是,这个看似合理的假说实际上是站不住脚的,因为计算表明,要在离心力作用下使地球的物质飞到外面去,地球的自转速度要比现在快17倍。也就是说,在46亿年前,地球自转一圈只需1小时24分42秒,这与实际情况不相符。另一方面,如果月球物质是从地球上飞出去的,那么月球就只能在赤道上空飞行,然而事实上月球的运行轨道——白道却和地球赤道交成5.25度的角。此外,把太平洋说成是地球甩出月球物质后留下的疤痕也站不住脚,因为太平洋底的年龄只有2亿年,2亿年前甩出的物质怎么能产生46亿岁的月球呢?还有人提出月球是地球的“俘虏”,即月球是在运行过程中不慎走到地球附近,被地球的强大引力抓住而成为地球的卫星的。这一假说很好地解释了太阳附近的几颗大行星(水星、金星和地球)为什么只有月球一颗卫星。但是,月球的质量相对而言仍然很大,地球要俘获这么大的“俘虏”是难以想象的。

近年来,人们普遍认为碰撞论是比较好的月球形成假说。美国西南研究所的罗宾·卡露浦发展了这个假说,她如此描述月球形成的过程:在45亿年前即太阳系形成后1亿年,一颗质量比地球小的黑色无生命天体在摇摇摆摆的轨道上歪歪斜斜地环绕太阳飞行;这颗梦幻般的原始行星在运行中与初出茅庐的地球相遇时擦肩而过(不是迎面碰撞),相互轻轻“擦”了一下,这一“擦”造成了地球绕轴自转,并产生了绕地球旋转的月球;撞击后,地球和撞击天体都被碰撞产生的冲击波剥去了一部分表面物质,这些物质很快变热、蒸发,耗散到周围的真空中;蒸发的物质消散成云,包围在地球外面;固体物质构成的一条长臂飞进轨道,绕地球飞行,其中一些发展成团块,落回地球,其余的几乎在同一平面(该平面酷似原始行星的飞行轨迹,其中一部分同现在的地球赤道相交)上飞进轨道,形成月球。

有人用超级电脑进行模拟:两个撞击天体的质量约为1:7,都有铁元素构成的中心核和花岗岩构成的“地幔”,相对运行速度为每秒11千米。结果表明,碰撞后飞出的“地幔”不久就凝结成质量大致与月球相同的新“天体”,从碰撞开始到新“天体”形成只需20小时,这为碰撞假说提供了一个间接证据。美国科学家通过分析月球岩石样品,还提供了另一个证据,分析结果表明,月球的构成与地球地幔的构成基本相同。总之,碰撞假说兼容了各种月球起源假说的优点,解释了其他假说不能解释的问题。然而,它毕竟是一种假说,还需要更多证据来证明。

人学研究网·宇宙探索栏目编辑:自然子

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