月球起源說

歷史上有關月球起源的假說，大致可歸納為共振潮汐分裂說、同源說、俘獲說和撞擊成因說共4種類型。其中，前三種月球起源假說雖然對月球的化學成分、結構、運行軌道和地月關係的基本特徵的解釋均有不同程度的依據，但在地月成分與自轉速度的差異，氧及其他同位素組成的相似性等方面，仍存在許多難以自圓其說的缺點。隨著對月球研究的不斷深入和認識的逐步深化，科學家又提出了新的假說。最新提出的撞擊成因說引起了科學家們的極大關注，它能解釋更多的觀測事實，是當前較合理的月球起源假說。

基本介紹

• 中文名：月球起源說
• 外文名：The origin theory of the moon
• 分類：衛星
• 直徑：3476.28千米
• 公轉周期：27.32天
• 類型：4種

概述

在科學的概念里，月球是地球唯一的天然衛星，它圍繞著地球奔騰迴旋不息，它誕生40多億年來，從未離開過地球的身旁，是地球最忠實的伴侶。

任何天體都有它形成、發展與衰老的演化過程。月球起源與演化的研究，對了解太陽星雲的成分、分餾、凝聚與吸積過程、類地行星的形成與演化、地月系統的形成與演化等都具有重要意義。

簡介

月球的起源與演化一直是人類十分關注的自然科學的基本問題之一。100多年來曾有過多種有關月球起源與演化的假說，但至今仍眾說紛紜，難以形成一個統一的說法。這些月球成因學說爭論的焦點在於，月球是與地球一樣，在太陽星雲中通過星雲物質的凝聚、吸積而獨立形成，還是由地球分裂出來的一部分物質形成的？月球形成時就是地球的衛星，還是在後期的演化中被地球俘獲而成為地球衛星的？

任何有關月球的起源的假說都必須符合以下一些基本事實：月球是地球的唯一衛星，月球的公轉是圍繞地月系統質量的質量中心旋轉，月球的公轉平面與地球的赤道面並不一致。月球的質量約為地球的1/81，月球的平均密度為3.34克/立方厘米，只有地球平均密度的60%。月球與地球的平均成分差異很大，月球比地球富含難熔元素，匱乏揮發性元素和親鐵元素。月球比地球缺水，比地球還原性強。月球內部也有核、幔、殼的圈層狀結構。月球表面岩石的年齡一般均大於31億年，表明月球的演化主要是在其形成後的15億年內進行的。月球現今是一個內能接近枯竭而活動近於僵死的天體。

假說

分裂說

月球的共振潮汐分裂說是月球起源研究中著名的假說之一。

地月分裂說

月球的共振潮汐分裂說堅持月球是地球的親生女兒，即月球是從地球中分裂出來的。堅持這一假說的科學家認為，在地球形成的早期，地球呈熔融態，由於潮汐共振作用，地球自轉不穩定，即使只考慮地球和月球的角動量，當時地球自轉的周期也僅有4小時，加上太陽的潮汐作用，地球的自轉周期可縮短到2小時，因此有理由相信，在地球歷史的早期，地球飛快地旋轉，其自轉速率比現在要高得多。若初期的地球是熔融狀態，地球物質在地赤道面上將出現膨脹區，使在赤道面上的一部分熔體分離，或者說這部分熔融物質在地球高速自轉情況下從赤道區被甩了出去，甩出去的物質在地球附近的行星際空間凝聚，冷凝後形成月球。一些持這種假說的人還認為，地球上的太平洋就是分裂出月球後留下的“疤痕”。由於這種假說提出月球是從地球分離出去的，因此這種假說被形象地比喻為“母女說”。不過，由於地月年齡相差太大----月球甚至可能與宇宙同齡，且地月地質不同，現在已經被大多數科學家所擯棄。

同源說

與俘獲說、分裂說和碰撞成因說一樣，月球的同源說也是月球起源研究的著名假說之一。

地月同源說

月球起源的同源說堅信月球與地球是姐妹或兄弟關係，月球與地球在太陽星雲凝聚過程中同時“出生”，或者說在星雲的同一區域同時形成了地球和月球。

主張這一假說的科學家認為，在原始太陽星雲內，溫度和化學成分取決於與太陽的距離。太陽系的各個行星是在星雲中不同的區域、由不同化學成分的星雲物質凝聚、吸積而形成的。月球與地球在太陽星雲中相距較近，形成過程相似，屬於同時形成的“兄弟”。對於地球與月球成分上的差異，他們解釋說，形成行星時，開始是凝聚、吸積並形成以鐵為主要成分的行星核，金屬核進一步增長之後，星雲中殘留的非金屬物質才凝聚，月球就是地球形成後剩下的殘餘物質所組成的。同源說力圖合理解釋地球與月球成分差異和月球的核、幔與殼的組成，但其模式與太陽星雲的凝聚過程和地月系的運動特徵不盡相符。因此，這一假說也不盡人意。

俘獲說

月球捕獲說認為，月球是地球搶過來的“女兒”，即地球與月球由不屬於同一星雲團的物質形成，由於地-月軌道的變化，在1～10個地球半徑範圍內，外來的月球在飛過地球附近時被地球的強大引力所捕獲，最終成為一顆環繞地球運行的衛星。

地月俘獲說

主張俘獲說的科學家認為，地球和月球處在太陽星雲的不同部位，由化學成分不同的星雲物質凝聚而形成。月球原來的運行軌道與地球的軌道面交角很小（約5度），當月球運行到地球附近時，在地月距離為10個地球半徑的範圍內，月球可能被地球俘獲而成為地球的衛星。

著名有天文學家阿爾芬認為，月球曾經是一個獨立的行星，月球被地球俘獲時，與地球的距離大約為26個地球半徑，與地球的平面的交角為149度。如果月球進入地球的洛希限，潮汐會產生很強的非均一重力場，月球表面的岩石將會破碎，並進入月球運行的軌道空間，大部碎片物質又返回月球，撞擊月球，在月表產生大量的月海盆地。月球正面在39億年前發生的開鑿月海事件——雨海事件也許是俘獲說的重要證據。通過地月軌道的精細計算及雷射測距的數據表明，現今月球的軌道愈來愈遠離地球，每年後退約3.8厘米。不過，俘獲說只能解釋部分觀測事實，不能令人滿意。因此，不斷有人另闢蹊徑，提出新的假說。

大踫撞

撞擊說

分裂說、同源說、浮獲說這些關於月球起源的假說只能解釋部分觀測事實，不能令人滿意。因此不斷有科學家另闢蹊徑，提出新的假說。其中，20世紀80年代中期提出的撞擊成因說引起了人們的極大關注，它能解釋更多的觀測事實，是當前較合理的月球起源假說。

撞擊說圖示

撞擊成因說也被稱為“大碰撞分裂說”，這一假說認為，地球早期受到一個火星大小的天體撞擊，撞擊碎片（即兩個天體的矽酸鹽幔的一部分）最終形成了月球。

撞擊成因說認為，在太陽系形成早期，行星際空間有大量星雲，星雲經過碰撞、吸積而逐漸增大。大約在相當地月系統存在的空間範圍內，形成了一個質量相當於現在地球質量9/10的“原地球”和另一個火星大小的天體“原月球”。這兩個天體在各自的演化過程中都形成了以鐵為主的金屬核和由矽酸鹽組成的幔和殼。由於這兩個天體相距不遠，因此有機會發生碰撞。劇烈的碰撞不僅使“原地球”的自轉產生了偏斜，而且使“原月球”碎裂，幔和殼變熱蒸發，膨脹的氣體“裹挾”著塵埃和少量的幔物質飛離原月球。被分離的金屬核因受膨脹氣體的阻礙而減速，被“原地球”吸積並變成了地球的一部分。飛離的氣體塵埃物質受地球引力的作用，呈盤狀分布在洛希限以外的空間，它們通過吸積，先形成一些小天體，然後像滾雪球一樣不斷吸積增長，最終形成現在的月球。

撞擊成因說可以合理地解釋地月系統的基本特徵，如地球自轉軸的傾斜與自轉加速、月球軌道與地球赤道面的不一致、月球是太陽唯一的與主行星質量比為1/81的衛星、月球富含難熔元素而匱乏揮發性元素和親鐵元素、月球的密度比地球低以及月球形成初期曾產生過廣泛熔融、存在過岩漿洋等事實，因此撞擊成因說是當今較為合理、較為成熟的月球起源學說，逐漸獲得了大多數學者的支持。2006年，歐洲宇航局的繞月太空飛行器Smart-1完成對月球表面化學成分的測定，測定結果顯示月球表面含有包括鈣和鎂在內的一些化學元素。一直以來人們關於月球是由地球一部分被撞擊分裂形成存在爭議，這次發現為月球起源的“撞擊分裂說”提供了有力證據。

繞月太空飛行器Smart-1

20世紀60年代晚期和20世紀70年代早期，美國太空人阿波羅號登月任務中帶回月岩樣本，自那以後，行星學家們對這些月岩與地球深出地函區域發現的岩石十分的相似感到驚訝。當更多的科學家細緻的觀察了月岩，月球起源問題變得更具有懸疑，科學家們發現月球與地球深處的岩石仍有著很大的差別。最關鍵的是，月岩當中的同位素與地球岩石當中的發現並不一致。

據一些科學家推測，在地球生成的早期，曾經有一個相當於火星大小的星球撞擊地球，造成的碎片後來聚集形成了月球。如果情況的確如此，月球的含鐵量將會比地球低，而鎂和鋁這樣的輕元素的含量則會高一些。

關於月球的起源另外一種理論認為，地球和月球是從一塊氣體塵埃雲中同時產生兩個天體。但自從“阿波羅計畫”之後，科學家獲得了大量令人震撼的照片和382千克月球的土壤岩石，月球起源“撞擊分裂說”逐漸占據了上風。

核爆炸說

2010年初，南非和荷蘭的兩位科學家又提出了一種新的理論和解釋。他們認為，月球並非是由於太空撞擊或太空爆炸所造成的，而是由於地球自身的一次核爆炸而從地球分離出去的。

南非西開普大學科學家羅伯-德-梅耶爾和荷蘭阿姆斯特丹自由大學科學家維姆-范-維斯特倫恩是根據一種核裂變理論提出這種觀點的，這種核裂變理論早在19世紀初就有科學家描述過。該理論認為，地球和月球都來自宇宙中同一滴旋轉的熔岩，後來一部分分離出去形成了如今的月球。然而，除了撞擊原因以外，當時的科學家無法用其他理由來解釋形成月球的那一部分熔岩是如何分離出去的。

兩位科學家認為，形成月球的那部分熔岩是在地球的一次核爆炸中脫離出去的。在他們的研究論文--《月球起源的另一種假設》中，兩位科學家解釋說，如果月球是由於一次撞擊性的外部力量而從地球分離出去的話，那么它應該由撞擊天體和地球的某些物質組成。他們說，“太陽系進化的模型顯示，地球的化學組成和撞擊天體的化學組成不可能是同樣的。”

然而，根據探測到的月球標本顯示，月球在化學組成上幾乎與地球是相同的。這一發現表明，月球的分離過程沒有撞擊天體的介入。科學家們在研究論文中解釋說，“月球的化學組成與地球越相似，說明月球越有可能是直接形成於地球物質。”

因此，科學家們相信，造成月球直接從地球分離出去並進入軌道的能量是由地球地幔邊界的一種超臨界反應堆所產生。這種反應堆產生足夠的熱量使得地球上的矽酸鹽等物質被蒸發並噴射出去。美國《科技新時代》雜誌科學家克雷-迪洛維也支持兩位科學家的觀點。迪洛維認為，“根據他們的解釋，地心引力在地球的赤道平面附近的地表濃縮了大量的重金屬，如鈾和釷等。當這些重金屬積聚到足夠多，濃度足夠大，就會產生一種失控的核鏈式反應，這和核電站的某些原理有些相似。”

迪洛維解釋說，“通過這種方式，一種自然形成的地球核反應堆被推到了超臨界水平，然後就會爆炸。月球從地球分離出去後，被巨大的核爆炸力量推動進入公轉軌道。當然，這種理論很難檢驗。但是，人們確實知道地球核反應堆的存在，它所產生的遺留物就是如今開採的鈾礦。”

梅耶爾和維斯特倫恩認為，要想證明他們的理論，需要依靠未來的月球探測任務帶回月球更深內部的物質樣本。

新俘獲說

近幾年來，科學家們以現代行星演化理論為基礎，用計算機計算了在太陽系形成的初期，作用於太陽、地球、月亮三者之間的力以後，得出了一種新的月球起源學說。科學家們認為，月球是在地球形成的初期，在地球的引力范圈內被地球所俘獲的;而這種現象在當時又是極為普遺的現象。這種新學說被稱為新俘獲說。新俘獲說與過去的舊俘獲說不同。舊俘獲說僅從地球引力來考慮月球起源;而新俘獲說是從整個太陽系行星形成過程來研究月球起源的。新俘獲說認為太陽系九大行星及若干衛星，包括月球在內，都起源於原始太陽系星雲。原始太陽系星雲是46億年前在原始太陽周圈形成的一片薄圓盤狀星雲。星雲中含有固體徽粒子。大t徽粒子逐漸集聚在星雲赤道平面上，形成一片很薄的固體粒子層，隨著徽粒子密度的加大，自身引力也越來越強，到一定程度其穩定性便遭到破壞，粉碎成半徑為5公里左右的很多小天體，即小行星。整個太陽系起初是由約1兆個小行星構成的。無數小行星在星雲氣體中圍繞太陽旋轉，互相碰撞，逐漸凝聚成長，形成大小不同的行星。我們的地球就是這樣，大約經過一千萬年才長成現在這么大的。行星是在星雲氣體中成長的。地球的幼年時期周圈硯盆粉濃厚的星雲氣體，這種氣體叫徽原始大氣。由於當時太陽活動特別激烈，強大的太陽風逐漸吹散原始大氣，後來包圈地球的原始大氣也逐漸稀薄，從散掉。月球也起源於原始太陽系裡雲，與地球演化過程大體相同。月球是在地球剛到成年，原始大氣開始逸散之際飛近地球引力圈的，這樣便成了地球的俘虜。，行星俘獲小天體是行里演化進程中的一種普泣現象，不僅地球這樣，太陽系其他行星也有這種現象。不少行星都有自己的衛星，就是最好的說明。地球在形成過程中，曾有許多小天體飛到引力圈內來，其中一部分小天體直接與地球相撞，其餘大部分在繞地球飛行期間，因原始大氣強大阻力使軌道半徑變小.最後終於落到原始地球上來。地球是在不斷“吞掉”這些飛來的小天體當中成長起來的。月球被俘獲時間比其他小天體都晚.月球是在地球凝琅末期、原始大氣逸散初期被俘的。月球被俘的最初10~100年期間，和其他小天體一樣，軌道半徑也在編小，但原始大氣消失後，月球軌道半徑有了改變，月球後來的離心傾向使它倖存下來，免被地球“吞掉”。自從俘獲月球後，地球幾乎再也沒有俘獲其他小天體。因為已有月球繞地球飛行.如果再有其他小天體飛來，依據天體力學原理，不會處於稼定狀態，它不是掉到地球上來，就是飛出去，再不就是落到月球上去。所以，地球只有月球一個衛星陪伴。

月球的演化階段

科學家將月球漫長的演化歷程分為六個階段：

月球的演化

第一階段

月球的形成前階段

太陽系的元素起源（距今58億年～50億年）：現今太陽系元素和同位素組成的格局是在前一代恆星的元素合成的基礎上形成的，這些元素（及其同位素）是形成太陽星雲的物質基礎。

太陽星雲的凝聚（距今50億年～46億年）：在以原太陽為中心的太陽星雲盤中，元素產生分餾、凝聚、吸積和級序增生，在不同距離的不同空間和溫度區域，形成化學成分不同的星雲。

第二階段

月球的形成及其初始階段（距今46億年～44億年）

根據各種測年技術對隕石形成年齡的測定，太陽系各種天體的形成年齡一般為45.6億年。月球和地球岩石的精細測年表明，月球形成的年齡為45億年，而地球的形成年齡約為44.8億年。

月球的早期熔融（距今45億年～44億年）：根據月球熱歷史的研究，在月球形成後不久，整個月球曾發生過多次局部熔融，月球的大部分曾被加熱到1000℃以上，甚至形成過全球性的岩漿洋。月球內部物質通過熔融、重力調整，逐漸形成月核、月幔、月殼結構。原始月殼可能因後期大量小天體的撞擊而難以保存。

第三階段

月球的區域熔融與月球高地形成階段（距今44億年～40億年）

距今41億年前，月球產生過一次規模較大岩漿活動，通過岩漿分離作用，形成了斜長岩高地（月陸區）。月球高地的岩石一般都有複雜的碎裂變形或多次撞擊作用的變質歷史。小天體的頻繁撞擊，使月球高地削低了1500米～2000米。距今40億年前，斜長岩局部熔融，產生了富含放射性元素和難熔元素的岩漿活動，岩漿凝結後就形成了非月海玄武岩（克里普岩和蘇長岩）。斜長岩與非月海玄武岩是月面殘存的最古老的岩石。

第四階段

月海的形成與月海泛濫階段（距今40億年～31億年）

月海的形成（雨海事件）（距今40億年～39億年）階段：雨海紀是月球災變時期。由於大量小天體猛烈而頻繁地撞擊月球，在月球表面就開鑿形成了月海盆地（大型環狀構造）。根據各月海岩石的同位素年齡研究，月海的形成年齡集中在39億年前±0.5億年 ，各月海的形成次序從早到晚大致是酒海、澄海、濕海、危海、雨海、東海……

月海泛濫（月海玄武岩噴發）（距今39億年～31億年）階段：月海玄武岩噴發填充月海發生在距今39億年前～31億年前，是由月球產生的第二次大規模火山岩漿活動引起的。根據月海玄武岩的年齡測定，至少有5次月海玄武岩噴發。月海玄武岩填充的時間依次為：雨海西→雨海東→濕海→危海→雨海→靜海→豐富海→澄海→風暴洋。

第五階段

月球晚期演化階段（距今31億年至今）

這一階段在月球地質歷史中稱為艾拉托遜紀與哥白尼紀。31億年以來，雖然小天體的撞擊引起的小型火山噴發活動時有發生，潮汐作用誘發的月震活動仍較活躍，但月球表面形貌已基本定型，月球內部的化學演化處於停滯狀態。距今20億年前，月球似乎經受過一次明顯的加熱事件，但原因不明。艾拉托遜紀形成的輻射撞擊坑、輻射紋較暗淡或已消失。哥白尼紀形成的輻射坑則具有明顯的輻射紋。

局部的小型的岩漿活動和火山活動仍可能存在，如鏈狀月坑的分布可能是沿斷裂分布的火山口，也可能是碎裂的彗星連續撞擊月表所形成的。月岩和月壤在月球表面的暴露年齡證明，近500萬年以來，月球表面仍然不斷地遭受到太陽系小天體的撞擊。

第六階段

月球的現狀

月球經歷了45億年的演化，現今已成為一個內部能源近於枯竭、內部活動近於停滯的僵死的天體，僅有極其微弱的月震活動。小天體的撞擊和巨大的溫差是月球表面最主要的地質營力，它使岩石機械碎裂、月壤層增厚、地形緩慢夷平。現今月球的表面是一個無大氣、無水、乾燥、無聲、無生命活動的死寂的世界。

地月系統模擬圖