據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)報(bào)道，一項(xiàng)新的理論對月球的來源做出了解釋，并對原有的“大碰撞”理論提出挑戰(zhàn)。
對于地球來說，月球作為衛(wèi)星的體積有些太大了，而且除缺少很久以前逸散掉的易揮發(fā)性物質(zhì)，地月在成分上幾近相同。加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校地球行星學(xué)教授、論文第一作者 Sarah Stewart 指出，這讓月球在太陽系的主要天體中獨(dú)樹一幟。
目前，月球形成的教科書理論是“大碰撞”理論：在太陽系形成的晚期，一些行星大小的高溫天體間會(huì)產(chǎn)生相互碰撞。其中，一個(gè)火星大小的天體撞上了當(dāng)時(shí)的地球，并拋灑出了大量碎片。而這些碎片聚合形成了月球，其中大約60%來自撞擊體。這一碰撞也塑造了地月系統(tǒng)的角動(dòng)量，并讓早期地球具有5小時(shí)的自轉(zhuǎn)周期。千萬年后，月球逐漸遠(yuǎn)離地球，地球的自轉(zhuǎn)也逐漸減慢到今天的24小時(shí)。
“大碰撞”理論是這樣推演而出的：科學(xué)家們通過觀察月球現(xiàn)在的運(yùn)行軌道，計(jì)算在潮汐力作用下地月系統(tǒng)角動(dòng)量的快速轉(zhuǎn)移，再反推得到初始狀態(tài)。
但是這種理論存在兩個(gè)問題。其一，月球的化學(xué)構(gòu)成與地球驚人相似，不符合“60%的組成來自撞擊體”。其二，月球當(dāng)前軌道與赤道傾斜交叉，如果月球由環(huán)繞地球赤道運(yùn)行的一團(tuán)物質(zhì)聚集而來，那么它應(yīng)該依然在地球赤道上空運(yùn)轉(zhuǎn)。這意味著月球的軌道形成還有其他的力量參與其中。原有大碰撞理論無法對此做出解釋。
加州山景城 SETI 研究所科學(xué)家Matija Ćuk、馬里蘭大學(xué)的 Douglas Hamilton 以及哈佛大學(xué)的 Simon Lock 共同提出了一種新模型，重新詮釋了月球如何到了它現(xiàn)在所處的位置。
在“大碰撞“模型中，地球的初始傾角接近當(dāng)前的23.5度（上圖）。最開始，月球是在地球赤道平面內(nèi)運(yùn)行的；之后，月球軌道沿平滑的路徑從赤道面向黃道面（地球圍繞太陽運(yùn)行的平面）過渡。而新模型假設(shè)：如果地球在碰撞過后的初始傾角更大（大約75度，下圖），那么月球軌道從赤道面到黃道面的過渡則是劇烈波動(dòng)的，導(dǎo)致沿黃道面出現(xiàn)較大擺動(dòng)。下圖符合當(dāng)前月球軌道與黃道的5度夾角。圖片來源: Douglas Hamilton
早在2012年，Ćuk 和 Stewart 就提出，地月系統(tǒng)的一部分角動(dòng)量可能轉(zhuǎn)移到了日地系統(tǒng)中。由此可推測以開始時(shí)的大碰撞的能量可能更高。
在新模型中，高能碰撞導(dǎo)致原始地球大量的物質(zhì)蒸發(fā)和融化。此外，模型中的地球的自轉(zhuǎn)時(shí)間成為2小時(shí)一天，而自轉(zhuǎn)軸朝向太陽。
由于大碰撞的能量更高了，撞擊后原地球和撞擊物混為一體，而月球和地球都源自這一整體，因此有相似的物質(zhì)構(gòu)成。
由于潮汐引力逐漸削弱了地月系統(tǒng)的角動(dòng)量，月球逐漸遠(yuǎn)離地球。當(dāng)它到達(dá)“拉普拉斯平面過渡點(diǎn)（La Placeplane transition）”時(shí)，地球?qū)υ虑虻囊﹂_始小于了太陽對月球的引力。這造成了地月系統(tǒng)的一些角動(dòng)量轉(zhuǎn)移到日地系統(tǒng)中。
角動(dòng)量的轉(zhuǎn)移雖然并未對地球的軌道造成顯著影響，但卻把地球扶正了。因此新模型顯示的月球軌道與赤道面的夾角更大。
之后的幾千萬年，月球繼續(xù)緩慢而持續(xù)的遠(yuǎn)離地球，直到它到達(dá)第二個(gè)過渡點(diǎn)。在這里，月球軌道的傾角減小到5度左右，這便差不多與當(dāng)前情況一致。
Stewart說道，“新理論中，最開始僅一次的大碰撞就能對月球軌道和化學(xué)構(gòu)成做出完美的解釋。因此，月球軌道的形成可以總結(jié)為——
一次大碰撞觸發(fā)了一系列的事件。”
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