大約 46 億年前的太陽(yáng)系，在上一代恒星形成后所遺留下來(lái)的氣體云中，一切都處于混沌狀態(tài)，只有塵埃和氣體分子在真空中旋轉(zhuǎn)。隨著時(shí)間推移這些物質(zhì)逐漸靠近，然后有趣的事情發(fā)生了。
物質(zhì)在自身引力的作用下開始坍塌，形成了太陽(yáng)。正如創(chuàng)世傳說(shuō)中所記載的那樣，要先有光。之后“風(fēng)”從初生的太陽(yáng)向外呼嘯，它們中的帶電粒子比現(xiàn)在太陽(yáng)風(fēng)中的能量高得多，“狂風(fēng)“把剩余的塵埃和氣體推向四周。這些被吹走的混合物最終分離成團(tuán)，又逐漸變大，最終形成了行星。
當(dāng)時(shí)的行星遠(yuǎn)不止現(xiàn)在的八顆，太陽(yáng)最初的一些行星可能隨時(shí)間消逝了。引力相互作用導(dǎo)致行星和星子（早期的行星）像臺(tái)球一樣相互撞擊，一些行星很可能被撞出了太陽(yáng)系，要在恒星間默默地航行。
月球在科學(xué)上的作用是向我們講述我們自身的故事。
我們永遠(yuǎn)不知道有多少行星遭受了這樣的命運(yùn)。但我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，其中一顆原始行星被徹底毀滅了。這顆行星與水星、金星、地球和火星誕生在同一片恒星帶中，現(xiàn)在已經(jīng)不復(fù)存在了。它的大小可能和火星差不多，質(zhì)量大約是今天地球的 45%。天文學(xué)家給它起名字叫 “忒伊亞”（Theia），取自希臘女神的名字，在古希臘神話中她是月亮塞勒涅的母親。忒伊亞被毀滅之后，地球和月球在它的殘骸中安家。
在阿波羅號(hào)的宇航員登上月球，用科學(xué)儀器探測(cè)月球并把月球的碎片帶回地球之前，我們并不知道忒伊亞這顆行星曾經(jīng)存在過(guò)。我們同樣根本不知道月球是怎么來(lái)的，只是憑空猜測(cè)其起源。但是阿波羅號(hào)的探測(cè)任務(wù)徹底改寫了月球起源的故事。
與此同時(shí)，地球科學(xué)家開始重寫地球自身的形成和獨(dú)特的地質(zhì)歷史，他們開始意識(shí)到月球也能提供很多關(guān)于地球的故事。畢竟，月球的故事就是我們地球的共同歷史。時(shí)至今日，阿波羅號(hào)帶來(lái)的巖石仍在提供新的線索。月球之行提供了大量新材料和許多意想不到的問(wèn)題，迫使科學(xué)家們不止一次地重新認(rèn)識(shí)太陽(yáng)系的形成。正如月球反射地球的光芒一樣，它在現(xiàn)代科學(xué)中的主要作用也是向我們講述我們自己星球的故事。
這個(gè)故事不僅僅是一個(gè)科學(xué)追問(wèn)。月球的起源可以揭示地球是如何演變成今天這樣的，甚至可能還有為什么。知道這些豈不是很美妙？為什么是我們，為什么在這里？為什么不是到處都是？
太陽(yáng)系還有其他巖石行星，但它們都不像地球?；鹦且彩且粋€(gè)緩慢自轉(zhuǎn)的陸地世界，其自轉(zhuǎn)軸幾乎和地球一樣傾斜。但它失去了水和大氣，也沒(méi)有衛(wèi)星，只有被捕獲的小行星。金星是一個(gè)自轉(zhuǎn)較快的巖石世界，它有濃密的大氣層，但隨著時(shí)間的推移，它的云層越來(lái)越厚，使得這顆行星“窒息而死”。即使金星曾經(jīng)有水，現(xiàn)在也已經(jīng)沒(méi)有了。水星則離太陽(yáng)太近，在它最深的隕石坑的陰影中，仍然蘊(yùn)藏著微量的水，但是它確實(shí)被太陽(yáng)輻射毀掉了。同樣的，金星和水星也都沒(méi)有衛(wèi)星。
為什么是我們？忒伊亞、最初的地球以及它們之間的相互毀滅是怎樣造就我們這個(gè)星球的？為什么地球會(huì)有一個(gè)巨大的相當(dāng)于地球自身重量的四分之一的行星？在那場(chǎng)大災(zāi)難中發(fā)生了什么，形成了這一對(duì)行星衛(wèi)星系統(tǒng)，一個(gè)干涸完全死亡，而另一個(gè)充滿水和生命？
與太陽(yáng)相比，月亮的體積明顯較小，再加上日食的影響，許多古人認(rèn)為，月亮與太陽(yáng)一起出現(xiàn)在天空中是有原因的。和許多文化一樣，美國(guó)西南部的納瓦霍人（Navajo）也認(rèn)為月亮和太陽(yáng)是同時(shí)誕生的，而且目的相似：一個(gè)照亮白天，一個(gè)照亮黑夜。歷代許多宗 教都有同樣的想法。人們還認(rèn)為月亮是作為計(jì)時(shí)器被賜予我們的。柏拉圖甚至斷言，由太陽(yáng)和月亮照亮的晝夜交替教會(huì)了我們?nèi)绾斡?jì)算以及如何思考。
隨著時(shí)間的推移，“月球是有目地、奇妙地被創(chuàng)造出來(lái)的”這一概念逐漸演變成一種科學(xué)理論。哲學(xué)家和科學(xué)家推斷，月球是和地球一起被創(chuàng)造出來(lái)的，其原始物質(zhì)構(gòu)成與太陽(yáng)和其他行星相同。月球一定是在與地球相同的時(shí)間、相同的地點(diǎn)形成的，并且由于地球和月球的相互吸引而留在了這里。直到公元 20 世紀(jì)之交，一位名叫喬治?霍華德?達(dá)爾文（George Howard Darwin）的先驅(qū)天文學(xué)家才提出了另一種解釋。
為什么是我們，為什么在這里？為什么別的地方?jīng)]有？
喬治 —— 著名生物學(xué)家查爾斯（Charles）和他的妻子艾瑪（Emma）的兒子，他的理論始于對(duì)潮汐現(xiàn)象的思考。他的父親曾寫道，月亮對(duì)潮汐的控制可能是生命起源的原因。
但喬治想知道，潮汐是否與月球本身的存在有關(guān)。多虧了早期科學(xué)家的研究，他得以了解地球的自轉(zhuǎn)在與月球潮汐的相互作用中減慢，但是這種減慢效應(yīng)非常微弱。地球每天自轉(zhuǎn)的減慢意味著地球的角動(dòng)量正在減小。而角動(dòng)量總是守恒的，只有當(dāng)其他東西參與其中時(shí)，角動(dòng)量才會(huì)增大或減小。因此喬治?達(dá)爾文明白，角動(dòng)量守恒意味著，隨著地球的減速，月球也在遠(yuǎn)離地球。如果它一直在遠(yuǎn)離，那么在過(guò)去的年代里，它應(yīng)該會(huì)更近一些。
達(dá)爾文進(jìn)行了一番計(jì)算，發(fā)現(xiàn)在不遠(yuǎn)的過(guò)去，地球和月球幾乎是緊緊相貼的，地球一天的時(shí)間僅有四個(gè)小時(shí)。不知何故，月球慢慢遠(yuǎn)離了。1899 年，他提出了一個(gè)裂變形成假說(shuō)：月球是從地球上分裂出來(lái)的，如同冰川一樣。他認(rèn)為月球很可能是從太平洋的某個(gè)地方分裂出來(lái)的，這就是太平洋那么深的原因。
事實(shí)雖然并非如此，但值得稱贊的是喬治提出的假說(shuō)刻畫出了現(xiàn)在被認(rèn)為正確觀點(diǎn)的基本輪廓：這個(gè)觀點(diǎn)是說(shuō)：月球不是單獨(dú)形成的，也不是在某種奇怪的孿生過(guò)程中與地球一起坍縮出來(lái)的。事實(shí)上，月球來(lái)自地球，與地球有著共同的歷史。
喬治?達(dá)爾文假說(shuō)的依據(jù)來(lái)自阿波羅計(jì)劃。它來(lái)自尼爾?阿姆斯特朗（Neil Armstrong）登月之初采集到的幾塊巖石，，也被稱為阿波羅巖石。現(xiàn)在，人們?nèi)栽谕ㄟ^(guò)美麗、奇特的外星巖石來(lái)揭開月球的神秘面紗，比如有著珍珠般綠色的被命名為透輝石 76535（troctolite 76535）的殘骸標(biāo)本。
太陽(yáng)沒(méi)有月亮，只有被捕獲的小行星
許多月球巖石都是白色和灰色的，這種巖石叫做斜長(zhǎng)巖，是一種奇特的低密度物質(zhì)，由熔巖中的礦物質(zhì)結(jié)晶形成。尼爾?阿姆斯特朗收集的第一批樣本中就有這些巖石，由于它們非常不尋常，阿波羅任務(wù)不斷返回尋找更多的樣本。
這些閃閃發(fā)光的月球碎屑之所以特別，部分原因是它們非常純凈。尤其是與地球上的普通巖石相比，它們的純凈程度讓 20 世紀(jì) 70 年代的地質(zhì)學(xué)家們大吃一驚。地球上的典型巖石有三種類型：火成巖，熔巖冷卻后形成；沉積巖，由水和風(fēng)經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)歲月沉積而成；變質(zhì)巖，是另外兩種巖石在地球內(nèi)部力量改造下形成的新型巖石。所有這些巖石都可能含有多種礦物質(zhì)。但月隕石卻不是，它幾乎完全由一種叫做長(zhǎng)石的礦物組成。
在巖石圈里，長(zhǎng)石隨處可見。由于它易碎且密度低，經(jīng)常被用于制作廚房清潔粉。在月球上，這些特性讓它變得與眾不同。斜長(zhǎng)巖之所以覆蓋在月球表面，正是因?yàn)樗鼈兠芏刃?，所以在月球海洋中漂浮，就像地球海洋中的冰山一樣。較重的物質(zhì)沉入滲出的巖漿中，形成了月球的核心，而斜長(zhǎng)巖晶體則浮到了頂部，形成了一層薄薄的外殼，就像剛出爐的布丁的表皮一樣。隨著月球逐漸冷卻，巖石被鎖在原地，只有在小行星撞擊時(shí)才被釋放出來(lái)。
為了讓長(zhǎng)石從月球中分離出來(lái)，讓斜長(zhǎng)巖形成白色的、現(xiàn)在月球這樣純凈外殼，它需要一個(gè)“海洋”來(lái)漂浮。而橫跨整個(gè)月球的巖漿海洋只有通過(guò)某種不可思議的力量才能形成：比如與忒伊亞撞擊。
作者：REBECCA BOYLE
翻譯：九一
審校：小聰
原文鏈接：The Violent Birth of the Moon
本文來(lái)自微信公眾號(hào)：中科院物理所 （ID：cas-iop），作者：REBECCA BOYLE
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