月亮是如何诞生的？

大约 46 亿年前的太阳系，在上一代恒星形成后所遗留下来的气体云中，一切都处于混沌状态，只有尘埃和气体分子在真空中旋转。随着时间推移这些物质逐渐靠近，然后有趣的事情发生了。

物质在自身引力的作用下开始坍塌，形成了太阳。正如创世传说中所记载的那样，要先有光。之后“风”从初生的太阳向外呼啸，它们中的带电粒子比现在太阳风中的能量高得多，“狂风“把剩余的尘埃和气体推向四周。这些被吹走的混合物最终分离成团，又逐渐变大，最终形成了行星。

当时的行星远不止现在的八颗，太阳最初的一些行星可能随时间消逝了。引力相互作用导致行星和星子（早期的行星）像台球一样相互撞击，一些行星很可能被撞出了太阳系，要在恒星间默默地航行。

月球在科学上的作用是向我们讲述我们自身的故事。

我们永远不知道有多少行星遭受了这样的命运。但我们已经发现，其中一颗原始行星被彻底毁灭了。这颗行星与水星、金星、地球和火星诞生在同一片恒星带中，现在已经不复存在了。它的大小可能和火星差不多，质量大约是今天地球的 45%。天文学家给它起名字叫 “忒伊亚”（Theia），取自希腊女神的名字，在古希腊神话中她是月亮塞勒涅的母亲。忒伊亚被毁灭之后，地球和月球在它的残骸中安家。

在阿波罗号的宇航员登上月球，用科学仪器探测月球并把月球的碎片带回地球之前，我们并不知道忒伊亚这颗行星曾经存在过。我们同样根本不知道月球是怎么来的，只是凭空猜测其起源。但是阿波罗号的探测任务彻底改写了月球起源的故事。

与此同时，地球科学家开始重写地球自身的形成和独特的地质历史，他们开始意识到月球也能提供很多关于地球的故事。毕竟，月球的故事就是我们地球的共同历史。时至今日，阿波罗号带来的岩石仍在提供新的线索。月球之行提供了大量新材料和许多意想不到的问题，迫使科学家们不止一次地重新认识太阳系的形成。正如月球反射地球的光芒一样，它在现代科学中的主要作用也是向我们讲述我们自己星球的故事。

这个故事不仅仅是一个科学追问。月球的起源可以揭示地球是如何演变成今天这样的，甚至可能还有为什么。知道这些岂不是很美妙？为什么是我们，为什么在这里？为什么不是到处都是？

太阳系还有其他岩石行星，但它们都不像地球。火星也是一个缓慢自转的陆地世界，其自转轴几乎和地球一样倾斜。但它失去了水和大气，也没有卫星，只有被捕获的小行星。金星是一个自转较快的岩石世界，它有浓密的大气层，但随着时间的推移，它的云层越来越厚，使得这颗行星“窒息而死”。即使金星曾经有水，现在也已经没有了。水星则离太阳太近，在它最深的陨石坑的阴影中，仍然蕴藏着微量的水，但是它确实被太阳辐射毁掉了。同样的，金星和水星也都没有卫星。

为什么是我们？忒伊亚、最初的地球以及它们之间的相互毁灭是怎样造就我们这个星球的？为什么地球会有一个巨大的相当于地球自身重量的四分之一的行星？在那场大灾难中发生了什么，形成了这一对行星卫星系统，一个干涸完全死亡，而另一个充满水和生命？

与太阳相比，月亮的体积明显较小，再加上日食的影响，许多古人认为，月亮与太阳一起出现在天空中是有原因的。和许多文化一样，美国西南部的纳瓦霍人（Navajo）也认为月亮和太阳是同时诞生的，而且目的相似：一个照亮白天，一个照亮黑夜。历代许多宗 教都有同样的想法。人们还认为月亮是作为计时器被赐予我们的。柏拉图甚至断言，由太阳和月亮照亮的昼夜交替教会了我们如何计算以及如何思考。

随着时间的推移，“月球是有目地、奇妙地被创造出来的”这一概念逐渐演变成一种科学理论。哲学家和科学家推断，月球是和地球一起被创造出来的，其原始物质构成与太阳和其他行星相同。月球一定是在与地球相同的时间、相同的地点形成的，并且由于地球和月球的相互吸引而留在了这里。直到公元 20 世纪之交，一位名叫乔治・霍华德・达尔文（George Howard Darwin）的先驱天文学家才提出了另一种解释。

为什么是我们，为什么在这里？为什么别的地方没有？

乔治 —— 著名生物学家查尔斯（Charles）和他的妻子艾玛（Emma）的儿子，他的理论始于对潮汐现象的思考。他的父亲曾写道，月亮对潮汐的控制可能是生命起源的原因。

但乔治想知道，潮汐是否与月球本身的存在有关。多亏了早期科学家的研究，他得以了解地球的自转在与月球潮汐的相互作用中减慢，但是这种减慢效应非常微弱。地球每天自转的减慢意味着地球的角动量正在减小。而角动量总是守恒的，只有当其他东西参与其中时，角动量才会增大或减小。因此乔治・达尔文明白，角动量守恒意味着，随着地球的减速，月球也在远离地球。如果它一直在远离，那么在过去的年代里，它应该会更近一些。

达尔文进行了一番计算，发现在不远的过去，地球和月球几乎是紧紧相贴的，地球一天的时间仅有四个小时。不知何故，月球慢慢远离了。1899 年，他提出了一个裂变形成假说：月球是从地球上分裂出来的，如同冰川一样。他认为月球很可能是从太平洋的某个地方分裂出来的，这就是太平洋那么深的原因。

事实虽然并非如此，但值得称赞的是乔治提出的假说刻画出了现在被认为正确观点的基本轮廓：这个观点是说：月球不是单独形成的，也不是在某种奇怪的孪生过程中与地球一起坍缩出来的。事实上，月球来自地球，与地球有着共同的历史。

乔治・达尔文假说的依据来自阿波罗计划。它来自尼尔・阿姆斯特朗（Neil Armstrong）登月之初采集到的几块岩石，，也被称为阿波罗岩石。现在，人们仍在通过美丽、奇特的外星岩石来揭开月球的神秘面纱，比如有着珍珠般绿色的被命名为透辉石 76535（troctolite 76535）的残骸标本。

太阳没有月亮，只有被捕获的小行星

许多月球岩石都是白色和灰色的，这种岩石叫做斜长岩，是一种奇特的低密度物质，由熔岩中的矿物质结晶形成。尼尔・阿姆斯特朗收集的第一批样本中就有这些岩石，由于它们非常不寻常，阿波罗任务不断返回寻找更多的样本。

这些闪闪发光的月球碎屑之所以特别，部分原因是它们非常纯净。尤其是与地球上的普通岩石相比，它们的纯净程度让 20 世纪 70 年代的地质学家们大吃一惊。地球上的典型岩石有三种类型：火成岩，熔岩冷却后形成；沉积岩，由水和风经过漫长岁月沉积而成；变质岩，是另外两种岩石在地球内部力量改造下形成的新型岩石。所有这些岩石都可能含有多种矿物质。但月陨石却不是，它几乎完全由一种叫做长石的矿物组成。

在岩石圈里，长石随处可见。由于它易碎且密度低，经常被用于制作厨房清洁粉。在月球上，这些特性让它变得与众不同。斜长岩之所以覆盖在月球表面，正是因为它们密度小，所以在月球海洋中漂浮，就像地球海洋中的冰山一样。较重的物质沉入渗出的岩浆中，形成了月球的核心，而斜长岩晶体则浮到了顶部，形成了一层薄薄的外壳，就像刚出炉的布丁的表皮一样。随着月球逐渐冷却，岩石被锁在原地，只有在小行星撞击时才被释放出来。

为了让长石从月球中分离出来，让斜长岩形成白色的、现在月球这样纯净外壳，它需要一个“海洋”来漂浮。而横跨整个月球的岩浆海洋只有通过某种不可思议的力量才能形成：比如与忒伊亚撞击。

作者：REBECCA BOYLE

翻译：九一

审校：小聪

原文链接：The Violent Birth of the Moon

本文来自微信公众号：中科院物理所 （ID：cas-iop），作者：REBECCA BOYLE

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