資料來源：石家莊日報

2001年9月3日

本報記者 一洲 月球是距地球最近的天體，中國古代就有“一旦乘風來月中，還看大 地如月明”的詩句，但那僅僅停留在想象的層面。 月球是怎樣形成的？這一直是困擾行星科學家的難題。延續了二十六 年的“碰撞學說”最近取得了新的進展，同時，進一步明確了地－月 關系。 平靜的月亮源于 一次激情的碰撞 月亮到底是從哪里來的？8月16日，美國科羅拉多州西南研究所羅賓﹒ 卡內普首次在《自然》雜志發表了她領導的科研小組的最新結果：大 約45億年前，已經基本成型的地球與一個火星大小的天體以合適的角 度和速度碰撞，拋出的物質碎片凝結成為月球。 卡內普的科研小組集合了科羅拉多大學的艾里克﹒阿斯方、加利福尼 亞大學桑塔﹒克魯茲等人。他們把地球和與之碰撞的天體划分為兩萬 多個部分，并動用30多部大型計算機對碰撞時各部分產生的壓力、引 力等相互作用結果以及溫度升高的數據進行了計算，然后模擬不同角 度和速度下的相撞過程和產生月球形成過程的三維圖像。結果表明， 尺寸與今天差不多的地球與一個火星大小的天體斜斜地碰撞，最終形 成了現在的月球。 “那是45億年前的一天，正在形成的地球表面還處于熔體的岩漿狀態 ，突然，一個巨大的岩石物質拋向地球軌道，沖向地球。等塵埃和煙 霧消散之后，一個現在稱作月球的天體誕生了”，卡內普如此闡述那 場碰撞。 然而，加利福尼亞工程技朮學院的大衛﹒史地文森對卡內普的研究成 果提出了自己不同的見解，認為這種運用計算機模型模擬的球形成過 程有著很大的局限性。因為到目前為止，這一電腦模型只能測算體積 較大的碰撞體，而對微小天體在碰撞過程的作用和地球形成的演變還 不能做更精確的測算。另外，這一電腦模型無法解釋為什么月球上鐵 元素的含量遠遠少于地核里鐵元素的含量﹔更為棘手的是，在碰撞之 后地球最終形成了這個鐵質核心的星球，而月球沒有。 雖然有計算機的幫助，但關于那場大碰撞的許多先天性問題目前是沒 辦法解決的，太陽系的混沌特征使得我們無法再造月球的形成歷史。 “任何微妙的因素都會對天體的形成產生截然不同的結果”，史地文 森說。“另一個問題是，我們還不知道月球是由什么物質構成的”， 英國盧瑟夫﹒艾博林頓實驗室的薩拉﹒鄧肯說。為此，鄧肯已經建議 歐洲航天局在2004年底發射一顆叫“聰穎1號”的月球探測器，對月球 的物質結構進行系統探測，從而為月球的形成理論提供更直接的証據 。在她的眼里，月球就是地球的一塊傷疤。 卡內普的電腦模型雖然沒能給這些問題提供數字性的解釋，但以史地 文森為代表的行星科學家提出的“碰撞假說”對這些問題給予了天才 的闡釋。 碰撞理論：天才的假說 威廉﹒K﹒哈特曼和多納德﹒R﹒戴維斯同是美國國家行星科學院的 資深科學家，也是現代“碰撞學說”（月球起源假說）的創始人。 他們的最初成果發表在1975年的《洲際火箭》雜志上。這一假說可以 概括為：在地球形成雛形的45億年前，另外一些比地球體積稍小的星 球也在逐步成長，它們中的一個與成長中的地球發生了激烈的碰撞并 衍生出大量的宇宙碎片，這些碎片落入了地球軌道并凝結成一個新天 體──月球。 在行星科技史上，這一假說被稱為天才性的設想，因為它能夠初步界 定地球與月球的關系。 地球擁有一個巨大的鐵質的地核，但月球卻沒有。這是因為在大碰撞 發生的時候，比重比岩石大的鐵質被擠壓向地核，無鐵物質和岩石被 拋出地球軌道，同時，地外天體的鐵物質與地球上熔解的鐵質融合﹔ 地球的平均密度為5﹒5克／立方厘米，而月球的平均密度只有3﹒3克 ／立方厘米，原因正在于此。 這一理論最直接的証據是：月球與地球有著完全相同的氧同位素結構 ，不同于太陽系中火星和其他隕石的氧同位素結構。這充分說明，月 球是地球與近地天體碰撞之后的子女。哈特曼說：“如果‘碰撞理論 ’有其革命性的價值，就在于我們能夠解釋為什么太陽系的九大行星 中只有地球有類似月球的衛星，這一理論給我們提供了這樣的啟示： 太陽系的隨機地質災變只發生在了地球上。” “碰撞理論”不但清晰地解釋了月球的起源，同時徹底否決了在此之 前的種種假說。先前的假說中，一種是“姐妹說”，認為在地球形成 之初一些物質偏離地球軌道形成了月球，但這種說法無法解釋月球缺 鐵的事實﹔第二種假說是“自旋說”，月球是地球自轉過程中被甩出 來的一部分，但對地球和月球的動力向量和能量系進行分析后，發現 通過這種途徑不能形成地─月系統﹔第三種假說是“漂移說”，月球 是從太陽系中某個角落含鐵少的行星漂流來到地球軌道被地球捕獲的 ，但它不能解釋月球表面有與地球相同的氧同位素結構。 几近埋沒的天才設想 在1960年前后，哈特曼和戴維斯在對被稱作“微星”的星狀小行星深 入研究的基礎上系統地提出了“碰撞理論”，在此之前，前蘇聯天文 學家R﹒S﹒薩夫羅諾夫曾經提出過類似的想法。他們對1000公里的遠 地軌道“谷神”小行星和300公里近地軌道的其它大量小行星進行觀 測后發現，它們的運行軌道與地球自轉軌道有著許多契合的地方。產 生這種結果的最好解釋就是地外天體與地球的斜向碰撞。 在1974年的美國衛星學朮年會上，哈特曼和戴維斯提出了他們的“碰 撞理論”。或許是因為英雄所見略同，哈佛大學的A﹒G﹒W﹒卡莫 隆教授提出了類似的看法，但他是從地─月角度動力向量的角度得出 類似結論的。1983年，湯普森和史地文森對地月碰撞碎片進行了更為 深入的研究，但“碰撞理論”卻已經被人們漠視了整整10年。直到 1984年，在夏威夷舉行的國際月球起源研討會上才被重新提起。在那 次會議上，亞利桑那大學行星科學系主任麥克爾﹒達克教授對“碰撞 學說”作了詳細的闡釋，引起了國際科學界的巨大反響，也確立了“ 碰撞理論”在解釋月球起源方面的主導地位。那次會議的論文被休斯 頓出版集團結集出版，由威廉﹒哈特曼、喬弗里﹒泰勒和羅格﹒菲力 普斯任主編，這是第一部關于月球起源的參考書。 1990年，羅賓﹒卡內普開始撰寫關于月球成型和“大碰撞”的博士論 文，并開始對碰撞碎片進行進一步的研究，提出，這些碎片開始形成 的是類月星，最終才形成了月球。1997年卡內普公開了自己初步的成 果，月球表面在成形之初是熔岩狀態的，并不時伴隨火山噴發。她的 計算機模擬模型充分地驗証了這一點。 到現在為止，“大碰撞理論”一直是月球起源的主導理論。隨著進一 步的探索，它是否依然正確？只有時間能告訴我們。但它畢竟已經在 學朮界矗立了26年。