关于月球的形成至少有五种理论。

月球的起源和演化一直是人类非常关心的自然科学基础问题之一。100多年来,关于月球的起源和演化一直有很多假说,但仍众说纷纭,难以形成统一的说法。这些月球成因理论的焦点在于,月球和地球一样,是通过星云物质的凝聚和吸积,在太阳星云中独立形成的,还是从地球分裂出来的一部分物质形成的?月球在形成的时候是地球的卫星,还是在后期的演化中被地球俘获,成为地球的卫星?

1.分裂理论

地月分裂理论

[4]月球* * *潮汐分裂说是月球起源研究中著名的假说之一。月球* * *潮汐分裂论坚持认为月球是地球的生物学女儿,即月球是从地球分裂出来的。坚持这一假说的科学家认为,在地球形成的早期,地球处于熔融状态,即使只考虑地球和月球的角动量,由于潮汐振动,地球的自转也是不稳定的。当时地球自转周期只有四个小时,加上太阳的潮汐作用,地球自转周期可以缩短到两个小时。因此,有理由认为,在地球历史的早期,地球自转速度很快,其自转速率远高于现在。如果早期地球处于熔融状态,地球物质在赤道面上会有一个膨胀带,这样赤道面上的部分熔融物就会被分离出来。或者说这部分熔融物质是在地球高速自转的情况下从赤道地区抛出的,被抛出的物质在地球附近的行星际空间凝结,凝聚形成了月球。一些持此假说的人也认为,地球上的太平洋是月球分裂后留下的“伤疤”。因为这个假说提出了月球与地球分离,所以形象地比喻为“母女论”。但是,因为这个假设不同于地月系统的基本特征。

2.同源理论

地月同源理论

[6]与俘获说、分裂说、碰撞说一样,月球同源说也是月球起源研究中著名的假说之一。月球起源的同源理论坚信,月球和地球是姐妹或兄弟,月球和地球是在太阳星云凝聚过程中同时“诞生”的,或者地球和月球都是在星云的同一区域形成的。主张这一假说的科学家认为,在原始太阳星云中,温度和化学成分取决于与太阳的距离。太阳系中的行星是由星云不同区域具有不同化学成分的星云物质凝结吸积而成的。月球和地球在太阳星云中距离较近,形成过程相似,属于同时形成的“兄弟”。至于地球和月球的成分差异,他们解释说,在形成行星时,它们首先凝聚、吸积,形成了一个以铁为主要成分的行星核。金属核进一步增长后,星云中剩余的非金属物质凝结,月球由地球形成后的剩余物质组成。同源理论试图解释地球和月球的组成差异以及月球的核、幔、壳的组成,但其模型与太阳星云的凝聚过程和地月系统的运动特征并不一致。因此,这一假设并不令人满意。

3.俘获理论

地月俘获理论

[8]月球捕获论认为,月球是地球抢走的“女儿”,即地球和月球是由不属于同一星云的物质形成的。由于地月轨道的变化,在地球半径1 ~ 10范围内,外星月球在飞近地球时被地球的强大引力捕获,最终成为绕地球运行的卫星。倡导俘获理论的科学家认为,地球和月球位于太阳星云的不同部位,是由不同化学成分的星云物质凝结而成。月球的原始轨道与地球的轨道平面以很小的角度(约5度)相交。月球运行到地球附近时,可能被地球捕获,成为地球10半径范围内的地球卫星。著名天文学家阿尔芬认为,月球曾经是一颗独立的行星。月球被地球捕获时,其与地球的距离约为地球半径的26倍,与地球平面的交角为149度。如果月球进入地球的洛希极限,潮汐会产生强烈的非均匀重力场,月球表面的岩石会被打碎,进入月球运行的轨道空间,大部分碎片会返回月球并撞击月球。月球表面有大量的月海盆地。39亿年前发生在月球正面的月海挖人事件,可能是俘获说的重要证据。通过对地月轨道的仔细计算和激光测距的数据表明,月球的轨道离地球越来越远,每年后退约3.8厘米。然而,俘获理论只能解释部分观察到的事实,这是不能令人满意的。因此,人们不断寻找新的方法,提出新的假设。

4冲击理论

冲击理论

关于月球起源的假说,如分裂说、同源说、漂浮说,只能解释一些观察到的事实,并不令人满意。因此,科学家们一直在努力寻找另一种方式,提出新的假说。其中,20世纪80年代中期提出的撞击起源理论引起了极大的关注,它可以解释更多的观测事实,是目前关于月球起源的合理假说。撞击起源理论也被称为“大碰撞分裂理论”,认为,地球在早期被一个火星大小的天体撞击,撞击碎片(即两个天体的硅酸盐地幔的一部分)最终形成了月球。根据撞击起源理论,太阳系形成初期,行星际空间存在大量星云,经过碰撞和吸积后逐渐增多。它是关于地月系统存在的空间。一个质量相当于现在地球质量9/10的“原地球”和另一个火星大小的天体“原月亮”已经形成。在各自的演化过程中,这两个天体都形成了以铁为主的金属核和由硅酸盐组成的地幔和外壳。因为两个天体相距不远,所以有机会相撞。剧烈的碰撞不仅使原地球的自转发生倾斜,也使原月球发生倾斜。膨胀的气体“包裹”着尘埃和少量地幔物质飞离了原来的月球。分离的金属核由于膨胀气体的阻碍而减速,被“原始地球”吸积,成为地球的一部分。飞散的气体和尘埃物质在地球引力的作用下呈圆盘状分布在洛希极限外的空间。它们先是通过吸积形成了一些小天体,然后像雪球一样不断积累壮大。最后形成了现在的月亮。撞击成因理论可以合理解释地月系统的基本特征。比如地球自转轴的倾斜和加速度,月球轨道与地球赤道面的不一致,月球是太阳唯一一颗与主行星质量比为1/81的卫星,月球富含难熔元素但缺乏易挥发元素和亲铁元素,月球密度低于地球,月球形成初期存在大面积的熔融和岩浆海洋等。因此,撞击成因说是一种更合理、更成熟的月球起源理论,逐渐得到了大多数学者的支持。【11】【8】绕月飞船Smart-1。

【12】2006年,欧洲航天局的月球轨道飞行器Smart-1完成了月球表面化学成分的测定。结果显示,月球表面含有一些化学元素,包括钙和镁。总有人说,月球是由地球的一部分撞击形成的。这一发现为月球起源的“碰撞分裂说”提供了有力的证据。20世纪60年代末和70年代初,美国宇航员阿波罗在登月任务中带回了月球岩石样本。从那以后,行星科学家们惊讶地发现,这些月球岩石与在地球深部地幔区域发现的岩石非常相似。当更多的科学家仔细观察月球岩石时,月球起源的问题变得更加悬疑。科学家发现月球和地球深处的岩石还是有很大区别的。最重要的是,月球岩石中的同位素与地球岩石中的同位素并不一致。根据一些科学家的推测,在地球形成的早期,有一颗火星大小的行星撞击了地球,其造成的碎片后来聚集形成了月球。如果是这样的话,月球的铁含量会比地球低。而镁、铝等轻元素含量较高。另一种关于月球起源的理论认为,地球和月球从一团气体和尘埃中同时产生了两个天体。然而,自阿波罗计划以来,科学家们获得了大量令人震惊的照片和382公斤月球土壤和岩石。月球起源的“撞击分裂说”逐渐占了上风。

5核爆炸理论

2010年初,来自南非和荷兰的两位科学家提出了新的理论和解释。他们认为月球不是由太空撞击或太空爆炸造成的。它是由于地球自身的核爆炸而与地球分离的。来自南非西开普大学的科学家罗布·德·迈耶(Rob de Meyer)和来自荷兰阿姆斯特丹自由大学的科学家维姆·范·韦斯特伦(Wim van Westernren)基于一种核裂变理论提出了这一观点,这种核裂变理论早在19世纪初就被科学家描述过。根据这一理论,地球和月球都来自宇宙中同一个旋转的熔岩。后来,它的一部分分离出来,形成了现在的月球。然而,当时的科学家无法解释形成月球的那部分熔岩是如何与其他原因分离的。两位科学家认为,形成月球的那部分熔岩是在地球上的一次核爆炸中分离出来的。在他们的研究论文《月球起源的另一种假说》中,两位科学家解释说,如果月球是由于撞击外力而与地球分离的,那么它应该是由一些撞击天体和地球的物质组成的。他们说,“太阳系演化的模型表明,地球的化学成分和撞击天体的化学成分不可能相同。”但根据探测到的月球标本,月球在化学成分上与地球几乎相同。这一发现表明,月球的分离过程没有涉及天体的撞击。科学家在研究论文中解释说,“月球的化学成分与地球越相似,月球直接形成于地球物质中的可能性就越大。”因此,科学家认为,导致月球直接与地球分离并进入轨道的能量是由地球地幔边界的超临界反应堆产生的。这个反应堆产生的热量足以使地球上的硅酸盐和其他物质蒸发并喷出。美国《科技新时代》杂志的科学家克莱·迪洛威也支持两位科学家的观点。迪洛威认为,“根据他们的解释,重力将大量重金属集中在地球赤道面附近的表面。如铀和钍等。当这些重金属积累到足够多,浓度足够大的时候,就会发生失控的核连锁反应,有点类似核电站的一些原理。”迪洛维解释道,“这样,一个自然形成的地球核反应堆被推到超临界水平,然后就会爆炸。月球与地球分离后,被巨大的核爆力推入轨道。当然,这个理论很难检验。然而,人们确实知道地球上存在核反应堆,它产生的遗产是今天开采的铀矿。”迈耶和韦斯特伦认为,为了证明他们的理论,他们需要依靠未来的月球探测任务,将物质样本带回月球更深处。

经过45亿年的演化,月球已经成为一个内部能量几乎耗尽、内部活动停滞的死天体,只有极其微弱的月球地震活动。小天体的撞击和巨大的温差是月球表面最主要的地质作用力,造成岩石的机械碎裂,月球土层增厚,地形缓慢变平。如今,月球表面是一个死气沉沉的世界,没有大气,没有水,没有干燥,没有寂静,没有生命。