月亮的起源之謎

原創：鄭娟娟

大漠沙如雪，燕山月似鉤。

非常喜歡李賀的這兩句詩，每當想像它描繪的意境時，就感覺美得那麼清澈。這清澈，是月光灑下來的，是大漠的沙映的，是燕山的壯闊帶來的，但是只要想一想，這大漠若是缺了那輪明月，立時也就黯然失色了。

月亮，對地球來說該有多重要啊！如果沒有月亮，地球的每一夜都會陷入黑暗，縱使星光再璀璨，它們也無法帶來月亮的光明，儘管，月亮自己不會發光。

月亮這樣特別，你是否也和我一樣想過，它是怎麼來的呢？是和地球一同誕生的？是被地球的魅力吸引過來的？還是有其他的故事呢？

一、關於月亮誕生的較早的假說

關於月亮起源的猜測，一直都是科學探索的焦點之一。

笛卡爾（René Descartes）在世界報上提出了最早、最粗糙的行星捕獲理論（planet-capture theory），不過文章發表的時間是1664年，他去世後的第14年。這個理論在20世紀初由美國的天文學家Thomas Jefferson Jackson（托馬斯·傑斐遜·傑克遜）進一步充實。

笛卡爾後的兩個世紀，法國天文學家愛德華·洛希（édouard Roche）提出，在久遠的過去月亮和地球是同時聚結形成的。

就在同一個時代，英國的天文學家喬治·達爾文（George Howard Darwin，英國生物學家查爾斯·達爾文Charles Darwin的兒子）則建議，月亮其實是在地球的進化過程中，從地球分離出去的一大塊。數年之後，地質學家奧斯蒙德·費舍爾（Osmond Fisher）為這個想法又補充了一點，他認為太平洋盆地就是月亮分離出去時留下的疤痕。

到了現代，隨著科學家們對月亮的情況了解的越來越多，上述的這些假說似乎都無法很好地解釋月亮的形成之謎。

和這些假設相比，在20世紀90年代，一個更加壯麗、更加激烈的故事開始出現，人們認為，這個故事可能和月亮的成因最為接近。

二、流行理論：史詩般的碰撞

大約在45億年以前，一個火星大小的原行星傾斜地撞向了年輕的地球，強烈的衝擊使得兩個天體都損失巨大，大量的碎片飛入太空，形成了一個碎石圓盤，圍繞著地球運行，最終這些碎片逐漸匯聚，變成了今天的月亮。

圖片：最早的大碰撞假說（giant-impactnhypothesis）的計算機模擬圖

過去幾十年收集的數據在很大程度上符合這個假說模型。但是，聖路易斯華盛頓大學的同位素地球化學家、宇宙化學家王博士（Dr. Kun Wang）則認為，這個「物理上沒有問題，數學上沒有問題」的模型，「在化學上，有很多問題。」

基於最早的大碰撞假說（giant-impactnhypothesis），月球的化學成分應該和地球有所不同，因為這個假說認為月球是由兩個天體的碎片聚集而成的，而衝擊地球的那個天體和地球擁有相同化學成分的幾率則是很小的。隨著人類成功地登上了月球，帶回了月亮的岩石樣本，科學家們卻發現：在化學上，月亮和地球實際上是非常非常相似的。

於是，科學家們開始想辦法修改碰撞模型，使它盡量符合地月之間的這種化學相似性。有一個模型認為，碰撞融化了地球低密度的、缺鐵的地幔，並將其拋入軌道，最終冷卻、增長，形成了月亮（人們通過阿波羅任務得知，現在的月亮密度比地球低，含鐵量更少）。此外，還有一個主要的模型則認為，在一個低能耗的撞擊情形下，形成了一層薄薄的硅酸鹽大氣，物質通過這種大氣層發生了交換。

但是這些模型與王博士的測量結果依然不相符合。——王博士與他的同事斯泰因·雅各布森（Stein Jacobsen）分析了7塊月球岩石以及8塊地球岩石，以比較其中的鉀同位素的比率，從中尋找線索。鉀有兩個主要的穩定同位素，一個是鉀41，一個是鉀39，鉀41比鉀39要重。在月球的岩石中，王博士發現，其同位素比率使它的鉀比地球上的更重。這個結果首先排除了硅酸鹽大氣模型，因為在這個模型之下，月球岩石將更多的富含鉀39。而對於前一個地幔融化模型來說，則不能很好地解釋同位素差異。

三、新理論的出現以及等待進一步的驗證

那麼，到底應該怎樣解釋地月化學相似性之下的同位素差異呢？這個新的發現又會給月球的起源之謎帶來什麼樣的啟發呢？

它帶來了一個全新的理論模型。這個新的理論模型大致是這樣的：

久遠以前，一個巨大的原行星猛烈地撞擊了早期地球，那次撞擊是如此暴力，以至於兩個星體的大部分地幔都因此而「蒸發」了，撞擊後的整個行星系統連同蒸發的碎片一同在太空中旋轉。在高能量的碰撞結束後，被蒸發的物質也開始慢慢冷卻。較重的同位素首先發生冷凝，例如鉀41，這些冷凝的物質後來逐漸被吸收進入月球；與此同時，較輕的同位素依然留在蒸汽中，由於地球的引力作用，充滿了鉀39的蒸汽卻沒有那麼容易依附到月球上。「所以這就是為什麼我們可以看到地球和月亮之間的同位素差異，」王博士這樣解釋。

圖片：兩個最近提出的月球形成的模型，一個允許通過硅酸鹽大氣交換物質（頂部）；另一個形成更充分混合的超臨界流體的混合球體（底部），導致對月球中鉀同位素比率的不同預測。

此外，德國明斯特大學的天體物理學家托馬斯（Thomas Kruijer）通過對月球岩石的化學分析發現，鈦和鎢的同位素數據也排除了最早的和其他版本的撞擊假說模型。

但是這個新理論依然需要更多的證據，更多的驗證。未來，貝貝也會繼續跟蹤新進展。

好吧，有關月亮的起源的確是一個非常複雜的謎題，儘管現在科學技術水平已經很發達，人們也從月亮上取回了岩石樣本，可還是有一些問題沒有得到徹底解決。畢竟我們沒法回到40多億年前，也沒有一個宇宙錄像帶可以給我們回放。科學家們需要大量的證據，更多的新證據，直到有一天，他們把每一塊拼圖都找到的時候，或許我們可以看到一個真實、確鑿的過去，那時，我們可以完全了解月亮到底是怎麼來的。

附上王坤博士的論文鏈接：

http://www.nature.com/nature/journal/v538/n7626/full/nature19341.html

今天是元宵節，到了晚上大月亮就要爬上天空啦！你會在月光下吃一碗暖暖的元宵嗎？恭祝大家元宵節快樂，闔家幸福安康！

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