月球是怎么形成的？
月球是怎么形成的？
月球是地球唯一的天然卫星，平均半径约为地球的27.3%（约1737公里），质量只有地球的1.23%。作为夜晚最显著的天体，月球自古以来就激发着人类的好奇心。从古人对月相的观察，到现代科学的深入研究，人类对月球的探索从未停止。
月球的起源：从古老猜想走向科学共识
历史上，关于月球的起源有许多争议。早期的假说观点受限于当时的科技水平，缺乏充分的证据支持。例如，著名生物学家达尔文的儿子乔治·达尔文曾提出，月球是由早期熔融态的地球自转“甩”出来的，但研究表明，原始地球并不具备使物质分离的角速度。
另一种观点认为月球是被地球引力捕获而来的，但这一假说也存在缺陷，因为原始地球没有能使月球接近时缓速以捕获它的条件。还有人认为月球和地球是同时从太阳星云凝聚形成的，但这一假说无法解释地球和月球之间铁元素含量的差异。
直到20世纪60年代末，美国阿波罗11号任务成功登月并采样，标志着行星科学进入物质组成和物理化学性质的直接研究时期。科学家们基于一系列美国阿波罗月球样品和前苏联月球号样品的成分分析研究，提出了“大碰撞说”。
大碰撞：地球的意外之财
约45亿年前，太阳系形成之初，一颗约火星大小（半径约3000公里，地球的一半）的远古行星——忒伊亚，偏离了自身轨道，以约45°倾角、较高的初始速度（但小于4公里/秒）与原始地球发生正面碰撞。
忒伊亚（Theia）与原始地球（Proto-Earth）撞击示意图（改编自NASA及Canup）
大碰撞导致忒伊亚直接破碎，一部分碎片沉入地幔深部，另一部分碎片与溅出的地球物质一同散布在环地球轨道上。大碰撞的动能大部分转化为热能，产生了极高温，行星碎片变为熔岩和气态硅酸盐。
随着时间的推移，环地球轨道洛希极限以内的物质逐渐回归地球，洛希极限外的熔岩和硅酸盐气体等物质相互碰撞，慢慢凝聚形成了原始月球。
岩浆洋：月球演化的关键阶段
根据大碰撞说，原始月球凝聚过程中，高温状态会持续存在，月球表面呈数百公里深的全球性熔融态——岩浆洋。在后来的几亿年内，高温状态的岩浆洋逐渐冷却，凝结出一种低密度的灰白色岩石——斜长岩，漂浮在月球表面，形成灰白色的月壳。反之，密度大的部分沉入月球深处，形成月核及月幔。
早期的恒星系统并不稳定，动荡的太阳系有许多陨石不断撞击各行星。如著名的晚期重轰击事件，一系列的陨石撞击使得月表陨石坑泛滥，在月球内部的火山作用下，月幔部分熔融上涌了岩浆，填充了低洼的陨石撞击坑并凝结，形成了深色的月海玄武岩，这一区域被称为“月海”。未被填充的浅色斜长岩区域，我们称为“月球高地”。至此，现代月球的框架基本形成。
月球样品：揭秘月球起源的关键证据
1969年，美国阿波罗11号任务在月球静海区域着陆，采集并带回了21.55公斤月球样品。随后的一年，科学家们在阿波罗11号的玄武岩样品中，意外地发现不属于月海的岩屑——斜长岩碎屑，这是人类首次认识到月球斜长岩。这一发现为岩浆洋假说提供了关键证据。
1971年，美国阿波罗15号任务采集并带回了76.70公斤的月球样品，其中包括了人类首块采集带回的完整月球斜长岩，被称为“创世岩”。以“创世岩”为代表的月球斜长岩，为揭示月球的起源和早期岩浆洋演化提供了大量岩石学、矿物学和地球化学数据。
大碰撞的其他证据
作为学界的主流观点，大碰撞需要有多方面的证据支持。例如，忒伊亚的碰撞很可能使地球自转轴与太阳系平面发生了倾斜，形成现在的“黄赤交角”，并使得地球自转和月球公转方向一致；其次是氧同位素组成的相似性，大碰撞使得忒伊亚和地球物质的化学成分充分交换并达到平衡，两者形成相似的O（氧）同位素组成。
关键证据是来自月球样品的金属同位素研究，科学家们通过质谱仪来分析月球、地球及类地行星（火星）岩石样品的稳定Zn（锌）同位素组成，发现月球样品的Zn元素含量较低，但富集重Zn同位素。这一异常现象表明月球的Zn元素在大碰撞后，岩体蒸发导致Zn含量下降，过程中发生了同位素分馏，进一步验证了大碰撞假说。
月球陨石：来自月球的珍贵线索
月球陨石是流星体撞击月球后，溅射出并被地球引力场捕获的月球岩石，其成分基本未发生改变，且来自月球的各个不同的部分，具有很高的研究价值。自1983年第一块月球陨石Allan Hills A81005被确定以来，已陆续发现667块新的月球样品——月球陨石，总重达1212.13公斤。
月球陨石的形成示意图
嫦娥六号：月球背面的探索
当前，中国探月工程的嫦娥六号前往月球背面进行约50天的采样任务并返回。嫦娥六号的预选着陆区位于南极-艾特肯盆地——位于月球背面的巨大撞击坑，直径约2500公里，深约13公里，是月球最大、最深和最古老的盆地。嫦娥六号月球样品即将成为人类首批月球背面采集的样品，预计返回样品2000克。月球背面相对月球正面更为古老，返回的样品将推动月球科学发生重大革命，特别是对月球的起源与早期演化提供新的关键证据。
结语
远古时期的意外事件，造就了今天的地月系统。满是陨石坑伤痕的月球，保护了地球四十五亿年。在月球的庇护下，这颗蓝色星球孕育出了太阳系仅有的文明，通过对月球的不断探索，我们或许能更好地了解自己。
本文原文来自石头科普工作室