经典的月球起源理论的危机

在科学家似乎同意一种理论数十年之后,有关月球出现的可能方式的新证据似乎与之矛盾。


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艺术家对先兆的印象, 先兆是由可能产自月亮的气化石头组成的假想物体

1972年12月13日,阿波罗17号宇航员哈里森·施密特(Harrison Schmitt)登上月球宁静海中的一块巨石。 他对他的指挥官尤金·塞南(Eugene Cernan)说道,“这块巨石有一条从山上直走的路,”他指着石头从山坡上滚下来留下的痕迹。 塞南俯身收集样本,并建议施密特想象一下,如果它们挡住了石头,然后滑下斜坡,会发生什么情况。

施密特说:“我不想考虑。”

宇航员从巨石上切下了月亮。 然后,他使用施密特犁耙刮去尘土飞扬的表面,抬起石头,后来从硬脂石中将其称为微晶石76536,使其成为历史。

这块石头和它的巨石哥将讲述整个月球如何出现的故事。 在过去的四十年中,在无数教科书和博物馆展览的解释中描述的这个创造故事中,月球诞生于生发的地球与火星大小的岩石世界的灾难性碰撞中。 第二个世界被命名为Thea,以纪念诞生了Selena的希腊女神,即 月亮 西娅以如此之快和力量袭击了地球,两个世界都融化了。 Thei残骸的残骸已经冷却并变硬,变成了我们的银色伴侣。

现代的对转盘76536和其他来自月球和火星的宝石的测量结果使人们对该故事产生了怀疑。 在过去的五年中,一系列研究揭示了一个问题:冲击形成的规范假设是基于与事实不符的假设。 如果Thea撞击地球,然后形成月球,那么月亮应该由与Thea相同的材料组成。 但是月亮看起来不像Thea或火星。 直到原子,它看起来几乎完全像地球。

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宇航员在月球上探测石头

遇到了这种差异后,月球研究人员开始寻找新的想法,以了解它的出现方式。 最明显的解决方案可能是最简单的解决方案,尽管它在理解太阳系的早期阶段会产生其他问题:也许Thea形成了月球,但是Thea由几乎与地球相同的材料组成。 第二种可能性-碰撞过程将所有东西很好地混合在一起,使团块和液体均匀分布,例如薄煎饼的面团。 这可能发生在极高能量的碰撞中,也可能发生在一系列碰撞中,这些碰撞产生了几颗卫星,这些卫星后来又结合在一起。 第三种解释令人怀疑我们对行星的了解。 地球和月球可能经历了奇怪的变形,并在轨道上发生了异常运动,从而极大地改变了它们的自转和未来。

创造月亮的四种方法


随着月球外观基本理论中问题的出现,科学家们提出了有关月球外观的新理论。

冲击形成模型




1970年代出现的这一经典理论声称,像Thea这样的火星大小的鹅卵石正在撞击年轻的地球。 撞击后,出现了一片碎片,后来又合并到月球中。 但是新的研究发现了一个矛盾:计算机模拟表明,月亮应该由类似于Thea的物质组成,而对地球的地球化学研究表明,月亮应该由与地球相似的物质组成。

先天性




也许Thea撞击地球的力量足以使两个物体蒸发并形成新的宇宙结构,即先天。 旋转的热碎片云可以彻底混合Thei和Earth材料,并创建具有相似地球化学特征的Earth / Moon系统。

小卫星




有可能是发生了许多相对较小的撞击,而不是一次严重的撞击,每一次都造成了月球。 在此模型中,每次与月球大小的物体碰撞时,都会产生一堆碎片,这些碎片逐渐聚集在一个小卫星中。 然后下一次打击又增加了碎片,最后它们合并成一个大月亮。

双胞胎的冲突




也许最简单的替代方法是Thea与地球相同的材料。 但是这种假设与我们关于行星系统形成的大多数想法背道而驰。

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要了解在地球上最难忘的一天中可能发生的情况,您需要了解太阳系的年轻状态。 在半个八亿年前,太阳被一片热的碎片云团包围,像甜甜圈。 恒星肠中产生的元素在新形成的太阳周围移动,冷却并经过历时,然后结合在一起,形成一个团块,然后变成小行星,然后变成更大的行星。 这些岩体活跃而剧烈地碰撞,彼此蒸发。 正是在这种艰难的地狱台球中出现了地球和月球。

根据我们最好的计算机模型,要获得今天的月球,其大小,自转和从地球逃逸的速度,有必要使火星大小的物体与地球相撞。 任何更大或更小都会导致系统出现,而该系统更像是大角动量。 较大的物体还会向地球轨道中投放过多的铁,从而制造出比我们的铁更丰富的月球。

角动量是描述旋转物体或旋转物体系统(包括旋转的地球,旋转的月球,绕旋转的地球旋转等)的运动和质量的量。 冲动的时刻始终保持不变,也就是说,只有在第三力量的干预下,冲动的时刻才能被获取或丢失。

早期对飞石76536和其他宝石的地球化学研究支持了这个故事。 他们表明,月球岩浆应该在月球岩浆海洋中出现,只能通过撞击形成才能产生。 滑石像掉入南极的冰山一样掉入融化的海中。 基于物理限制,科学家声称月球由Thea遗骸组成。 但是有一个问题。

回到早期的太阳系。 在石质世界的碰撞和蒸发之后,它们的内含物混合在一起,并最终在某些空间区域内平静下来。 靠近太阳的地方,更热的地方,轻元素更容易蒸发,从而留下了过量的重同位素(各种元素包含更多的中子)。 远离太阳,石头设法容纳更多的水和轻同位素。 因此,科学家可以研究物体的同位素混合物,并确定其来自太阳系的哪一部分,就像重点突出了人的家园一样。


来自加利福尼亚大学戴维斯分校的行星学家Sarah Stewart和来自哈佛大学的学生Simon Locke

这些差异是如此明显,以至于它们被用来对行星和陨石的类型进行分类。 例如,火星与地球是如此不同,以至于它的陨石可以通过测量三种不同氧同位素的比率来简单地确定。

2001年,瑞士科学家使用先进的质谱技术重新测量了76536滑石和其他30个月球样品。 他们发现他们的氧同位素与陆地的氧同位素没有区别。 从那时起,地球化学家就研究了地球和月球上的钛,钨,铬,rub,钾和其他稀有金属,并且总体上看起来都是一样的。

这对Thei是个坏消息。 如果火星与地球明显不同,那么西娅-以及月亮-也必须与众不同。 如果它们相同,则意味着月亮应该是由地球的熔融碎片形成的。 阿波罗的石头与物理学所说的相矛盾。

“规范模型正处于严重危机中,”加州大学戴维斯分校的行星科学家Sarah Stuart说。 “她还没有被杀,但目前她还没有工作。”

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斯图尔特试图用新的地球化学证据来调和物理局限性-需要一定大小,以一定速度运动的碰撞体。 2012年,她和目前在SETI工作的Matijauk提出了一种新的月球形成物理模型。 他们声称,早期的地球像托钵僧一样迅速旋转,当西娅与它相撞时,在两到三个小时内旋转了一圈。 碰撞本应导致在地球周围出现盘状结构,类似于土星环-但它可以存活不超过24小时。 结果,他会冷却并凝固,形成月球。

超级计算机的功能不足以完全模拟此过程,但它们显示出,撞入快速旋转的世界的贝壳可以切碎一块相当大的地球,摧毁大部分的Thei,并从这些碎片中收集具有类似同位素含量的月球和地球。 这就像在快速旋转的陶轮上扔一块尚未硬化的粘土一样。

但是,为了解释快速旋转的地球运转的原因,有必要使其他因素减慢其旋转速度直到今天。 在2012年的工作中,斯图尔特(Stuart)和查克(Chuck)认为,通过与轨道共振的某些相互作用,地球可以将角动量传递给太阳。 后来,MTI的Jack Widd提出了几种不同的方案,以解决地球/月球系统造成的角动量损失。

但是,没有一个解释令人满意。 斯图尔特说,2012年的模型无法解释月球的轨道或化学成分。 然后,去年,哈佛大学的研究生西蒙·洛克(Simon Locke)向斯图尔特(Stewart)学习,提出了一个更新的模型,该模型提出了以前未曾探索过的行星结构。

在这个故事中,地球和Tei的所有粒子都蒸发了,并形成了一个浓密的甜甜圈形状的肿的云。 云团旋转得如此之快,以至于达到了同向旋转极限[同向旋转极限]。 在这种状态下,蒸发的石头在云的外边缘旋转得如此之快,以至于云获得了一种新的结构,其中厚的圆盘围绕着内部区域旋转。 重要的是,圆盘没有从中心区域分离出来,环与土星是如何分离的,以及碰撞后在月球形成模型中圆盘是如何分离的。


西尼西亚可能由环绕岩石行星的类似甜甜圈的汽化石块组成

这种结构的条件是不可能的。 没有表面,而是有熔化的石头云,并且在云的每个区域中形成了熔化的石头滴。 月亮在这对液滴中生长,直到蒸汽冷却并离开了地球/月球系统。

鉴于该结构的非同寻常的特征,Lock和Stuart认为它应该重新命名。 他们提出了几种版本,然后选择希腊语“ sinestia”(意思是“ together”)和希斯提亚女神( Hestia) ,即壁炉,健康和建筑女神。 斯图尔特说这个词的意思是“统一的结构”。

“这些身体并不是您乍看之下所想的。 她说,它们看上去不像您期望的那样。

5月,洛克和斯图尔特发表了关于配音的物理学的著作。 他们对联结月球起源的研究仍在专家评估中。 他们在冬季和春季的行星学家会议上介绍了这项工作,并说他们的同事对此很感兴趣,但是对此想法并不信服。 也许是因为通义只是一个想法; 不同于在我们的太阳系中有很多环的行星和在整个宇宙中有很多的原行星盘,从来没有人看到过联合。

洛克说:“但这是一种独特有趣的方式,可以解释我们月球的特征,并帮助我们克服闲置模型带来的困难。”

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在太阳系中的自然卫星中,月亮因其寂寞而引人注目。 水星和金星没有自然卫星,特别是由于它们靠近太阳,其引力影响会使这些卫星的轨道不稳定。 火星有微小的火卫一和火卫二。 一些人认为这些是被捕获的小行星,而另一些人则认为它们是在与火星碰撞后形成的。 天然气巨人简直是挤满了卫星,其中有些是岩石的,有些是水,有些是混合的。

与这些卫星相比,地球的卫星以其大小和质量而引人注目。 月球的质量约为地球质量的1%,而外层行星的卫星总质量不超过其父母质量的十分之一。 更重要的是,月球负责地球/月球系统角动量的80%,即整个系统运动的80%。 在外行星上,该数字不超过1%。

但是,月亮并不一定总是承受如此重的压力。 月亮的面孔表明,它一生都受到轰炸。 我们为什么要假设只有一颗石头是从地球上雕刻出来的? 以色列怀斯曼科学研究所的行星学家拉卢卡·鲁夫(Raluca Rufu)说,很可能有许多碰撞形成了月球。

在今年冬天发表的一篇论文中,她声称月亮并没有一次出现在地球上。 根据她的模拟,这是一千个裁切或至少十二个裁切创建的集合。 从不同角度以不同速度飞行的贝壳可能撞击地球并形成聚集在小卫星中的圆盘,这些小卫星的碎屑比当前的月亮小。 小卫星之间的相互作用导致它们的联系,形成了我们今天的月亮。


计算机模拟:两个小卫星合并在一起

行星学家去年收到了她的工作。 西南研究所的月球专家,月球形成理论的第一作者之一罗宾·卡纳普(Robin Kanap)说,这值得考虑。 但是,需要进行其他检查。 如夫不确定这些小卫星是否会像月球一样固定在轨道上,而月球总是向一侧转向。 如果是这样,她不确定它们如何结合在一起。 “这就是我们现在试图找出的,” Rufu说。

同时,其他人转向地球和月球相似性的另一种解释,答案很简单。 突触,小卫星,新的物理模型-所有这些都值得商bat。 月亮可能与地球非常相似,因为西娅也与地球相似。

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月亮不是太阳系中唯一类似于地球的物体。 转漏石76536的石头与地球的石头具有相同的氧同位素比率,并且与称为顽辉岩 陨石的小行星组相同。 根据科学研究所的陨石宇宙化学家Miriam Telas的说法,这些小行星中氧同位素的组合与陆地非常相似。 卡内基在华盛顿。 她说:“论据之一是它们形成在靠近太阳的磁盘较热区域。” 它们可能是在地球形成的地方附近形成的。

这些鹅卵石中的一些形成了地球,另一些则形成了Thea。 顽辉陨石球粒陨石是一种碎屑物质,从未聚集在一起形成地幔,核心和完整的行星。

一月份,芝加哥大学的地球物理学家尼古拉斯·道法斯(Nicholas Daufas)声称,大多数融合到地球上的宝石都是顽辉石型陨石。 他写道,在同一地区形成的一切都应包括它们。 行星的产生来自我们现在在月球和地球上发现的那些先前混合的物质。 它们看起来一样,因为它们是同一件事。 道法斯写道:“坠落并生出月球的巨大尸体可能具有接近地球的同位素组成。”

加州理工学院的行星科学家戴维·史蒂文森(David Stevenson)自1974年首次提出Thea假设以来,就研究了月球的起源。地球化学家数十年来一直在努力处理。

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尼古拉斯·道法斯(Nicholas Daufas)持有一块顽辉石球粒陨石,这颗小行星可能由与形成地球的物质相似的物质组成

“他的故事令人相信。 关于如何看待地球上发现的各种元素,这是一个棘手的故事,”史蒂文森说。 “然后,您可以继续讲述形成地球的一系列特定事件的故事,其中顽辉长晶陨石在其中扮演着重要角色。”

但是到目前为止,并不是所有人都相信它。 斯图尔特说,人们对钨等元素的同位素数目存在疑问。 钨182是of 182的女儿,因此,钨与ha的比例就像时钟一样,并决定了特定石材的年龄。 如果一块石头中的钨182比另一块石头多,那么可以肯定地说钨占主导地位的石头是较早形成的。 但是,最精确的测量结果表明,地球与月球的钨to比率相同。 道法斯总结说:“如果两个物体具有相同的成分,那将是一个非常成功的巧合。”

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了解月球-我们永恒的伴侣,白银姐姐,远古时代的梦想家和研究人员的目标-本身很有趣。但是它的起源历史以及诸如troctolite 76536之类的石头的历史可以成为一本更大的书中的一章。

“我将其视为一个更普遍问题的窗口:在类地行星形成过程中发生了什么?史蒂文森说。“还没有人回答他。”

为了找到答案,对先天性的理解可能会有所帮助;洛克和斯图尔特认为,当原行星相撞并融化时,早期太阳系中的合成物会很快形成。许多岩石体最初可能是浓稠的蒸汽晕,因此了解先兆的演变可以帮助科学家了解月球和其他类似地球的世界是如何演化的。

当然,特别是从两个地幔中收集更多的样品也将有所帮助,因为地球化学家将拥有更多的数据来处理。他们将能够说出存储在地球深处的氧气含量是否随深度而保留,或者这三种常见的氧同位素在不同区域是否相互占优势。

“当我们说地球和月球在三种氧同位素方面非常相似时,我们假设我们实际上知道地球是什么,月球是什么,”史蒂文森说。



通常基于复杂的计算机模拟,太阳系起源理论中的新细节有助于了解行星的出生地和移动的位置。越来越多的科学家说,火星不会告诉我们这个故事,因为它不可能在地球,顽石和Thea出现的太阳系的同一部分形成。史蒂文森说,火星不再需要用作岩石行星的晴雨表。

月亮专家同意,最好的答案可以在金星上找到,金星比其他行星更类似于地球。在她的青年时期,她可以拥有月亮,后来它就消失了。它可能与地球非常相似,也可能不同。“如果我们能从金星上得到一块卵石,那么对我们来说,回答月球起源的问题将非常简单。但不幸的是,这不在优先事项之列,”洛克说。

金星和实验室缺乏能够检查碰撞中心难以想象的压力和温度的样本,使月球专家想出了新的模型-并修改了月球的原始历史。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN406191/


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