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月球是怎么形成的?月球和地球都是由汽化岩云凝结而成

漫步宇宙 2018-03-07 20:59:10 阅读:

月球是怎么来的?新的怪异理论认为,月球和地球都是由一个巨大的甜甜圈状汽化岩云凝结而成。

不论是天文学家,还是一般的天文爱好者,都爱把探讨月球的起源作为日常的消遣。但是,在经过了数十年的研究之后,人们对此并没有达成共识。现在,科学家们对此又研究出了一套新的理论——不得不说这个理论有点怪——他们认为:地球是由一团巨大的甜甜圈状汽化岩云凝结而成,而月球亦诞生于其中。

月球是怎么形成的?月球和地球都是由汽化岩云凝结而成

甜甜圈状汽化岩云,艺术概念图

月球是怎么形成的?

在此之前,关于月球的形成有诸多说法:有人认为月球是亿万年前地球通过引力俘获的一颗过路天体;也有人认为月球和地球像双星系统那样,同时产生于太阳系的原始吸积盘中;还有人认为,地球诞生之初自转速度很快,自身结构又不扎实,导致了自身局部碎裂,喷射出的一团巨大物质形成了今天的月球。

不过,现在比较流行的一种说法是,有一个与火星大小的相仿的巨大星体,天文学家给它起了个名字叫忒伊亚(Theia)。这颗星体在45亿年前冲进了年轻的地球大气层,在威力巨大的撞击中,大量的熔岩和金属被喷射到月球轨道附近,最终,所有这些物质都凝结在了一起,形成了月球。

在2014年发表的一项研究中,科学家称:在月球上采集的土壤岩石样本中检测出了可能是忒伊亚留下的痕迹,这让“大碰撞假说”的成立更进了一步。

但“大碰撞假说”有个难以解释的问题:虽然月球和地球物质的某些化学特征非常相似,但还是有一些重要的区别。

月球是怎么形成的?月球和地球都是由汽化岩云凝结而成

月球和地球物质的化学特征有一些重要区别

新的天体模型被提出

为了解决这一困难,近日,加州大学戴维斯分校与哈佛大学的一批学者提出了一种新的月球形成理论,这一理论能很好的解释月球的组成成分。这项由加州大学戴维斯分校的天文学家莎拉·斯图尔特(Sarah Stewart)领导的研究已经发表于2018年2月28日的《地球物理学研究杂志:行星(Journal of Geophysical Research: Planets)》上。

在他们的理论中,有一种名为“索内斯蒂亚(Synestia)”的全新天体。这个名字由两个词根组成:“syn”和“Hestia”。“syn”的意思是“在一起”,而“Hestia”则是希腊神话中掌管建筑的女神。这个想法是由斯图尔特和来自哈佛大学的合作者西蒙·洛克(Simon Lock)在2017年一起提出的。

月球是怎么形成的?月球和地球都是由汽化岩云凝结而成

“索内斯蒂亚”天体(数学模拟图),就像一个美味的甜甜圈

“索内斯蒂亚”产生于年轻星体的相互碰撞过程中,这些星体必须有行星大小。在碰撞中,会产生一团由熔融和汽化的岩石组成的,快速旋转的物质。这种不稳定的云状物质的主要部分会围绕自身旋转,并在向外喷射物质的过程中,形成一个像是漂浮在太空中的巨大甜甜圈的形状。这种“索内斯蒂亚”的形态可以持续100到200年,并在热量消散后会快速收缩。岩石蒸汽会先凝结成液体,而后聚集成熔融的行星。

“索内斯蒂亚是一种超出了行星自转速度极限的天体”,斯图尔特说,“它是受高能量与高角动量共同作用形成的。”

在斯图尔特和洛克的假想中,包括地球在内的很多岩石行星都可能经历过这一过程。不过,天文学家们从来没有观测到过这样的天体,所以目前它还只能存在于假想中。但是研究者们通过模型计算认为它是有可能存在的。

新理论下的月球成因

根据这项最新的研究,月球可能诞生于形成原始地球的索内斯蒂亚之中。在一次碰撞过程后,伴随着索内斯蒂亚的形成,在厚实的熔岩中生成了一颗“种子”。在这团物质开始冷却收缩时,气态的硅酸盐岩凝结成雨滴,落在原始的月球核心上。最终,月球拖着由岩石蒸汽组成的大气层,形成了独立的天体。

“我们的计算模型起始于一场可以形成索内斯蒂亚的碰撞”,洛克在一份声明中说,“月球从汽化的地球中诞生,当时的温度为华氏4000到6000度,压强为现今大气压的数十倍左右。”

这就解释了为什么月球具备同地球类似的很多成分特征:包括惊人相似的地球化学属性与同位素丰度。同时这也能解释为什么月球上缺少了一些地球上较多的元素,比如钾、钠、锌等:因为月球在索内斯蒂亚中诞生时温度极高,这些易挥发的元素大部分都散失掉了——新理论很好的解释了月球的各种组分构成。

“我们的新理论预测了月球在成长时,周围的岩石蒸汽环境的温度和压强范围。这种条件下是否可以形成目前的月球上的元素与同位素组分构成,可以在未来进行精确计算,以检验这一模型的准确性”,斯图亚特说。“我们在文章中已经预测了几种中度挥发性元素的丰度,但这些计算应该扩大至更多种类的元素,并且还要在未来对月球的组成进行更精确的测量。”

很显然,这是一个高度理论性的解释。在宣告月球——这颗地球唯一的天然卫星的形成原因之前,天文学家必须证明“索内斯蒂亚”是真实存在的。为此,科学家们需要在那些年轻恒星的周围寻找索内斯蒂亚存在的迹象,并通过更多的月球地质样本来继续完善这一理论模型。

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