在过去几年里,计算机模拟、岩石同位素分析、月球探测所获得的数据等为解释地月系统的特性提供了新的可能。
月球的构成与地球的外部成分相似。
在浩瀚的天空中,月亮对人类来说是一个再熟悉不过的景象。月球发挥着巨大的作用:它能使地球稳定地旋转,将地球围绕地轴转动的倾斜角度控制在几度以内。如果没有月球存在,地球的运行状态就会发生混乱,地轴倾斜角度将达到数十度。如此大的变化可能不会阻碍生命的产生,但会导致一种截然不同的气候。
了解月球的形成对了解地球和其他行星的形成至关重要。自20世纪80年代起,研究月球起源的学者便将重点放在了“大碰撞”理论。该理论认为,一颗行星大小的天体和正在形成中的地球发生碰撞,撞击留下的碎片形成了月球。在45亿年前,即地球形成的最后阶段,这样巨大的碰撞在太阳系中很常见。
但人们仍不能具体地了解是怎样的冲击力产生了地球和月球。在过去几年里,计算机模拟、岩石同位素分析、月球探测所获得的数据等为解释地月系统的特性提供了新的可能。
主要挑战在于同时解释地球和月球的动态——尤其是月球轨道和地球上一天24小时中所包含的总角动量,以及协调两者诸多组成部分的相似之处和少数关键区别。“大碰撞”提供了所需的角动量,但撞击产生了很多碎片。众所周知,内太阳系中的大多数天体和地球的组成成分不同,如果陨落的天体和地球的成分完全不同,月球的构成为何与地球的外部成分如此相似?
同大于异
月球和地球在构成上有明显不同。地核富含铁元素,占地球质量的30%。与此相反,铁只占月球质量的不足10%。月球中还缺乏诸如钾这类容易蒸发的元素,这可能是由于月球形成与“大碰撞”有关。
20世纪70年代,对阿波罗系列任务带回的样本分析显示,月球和地球的硅酸盐地幔包含相同的同位素,这与火星及大部分小行星带的陨石成分大不相同。近年来,科学家发现了月球和地球越来越多的相似之处。构成月球和地球的铬、钛、钨和硅同位素似乎也是相同的。