宇宙碰撞可能造就了月球

s有些婚姻是包办的。有些是为了爱情，有些是为了方便。有些是由于太空中六分之一吨的碰撞而发生的。例如，地球和月球。

在过去的20年里，有一个主要的模型来解释月球的起源:月球巨大撞击假说地球被认为是由一系列与月球到火星大小的“行星胚胎”碰撞形成的，这些胚胎是行星的组成部分。巨型撞击假说认为，最后一次碰撞产生了月球。一个月球大小的天体，绰号为“Theia”-希腊神话中的月球母亲与成长中的地球相撞后，撞击产生的部分物质旋转成围绕年轻地球运行的岩石碎片盘，并在随后的数千年中凝聚在月球上。

流体动力学模拟表明，巨大的碰撞模型可以匹配地球和月球的大小和轨道。然而，地球和月球的组成仍然是一个关键的谜。

月球的组成被认为与地球的地幔基本没有区别。两者大多是岩石和矿物质的混合物。最有趣的是，地球和月球曾被认为在同位素水平上几乎相同。氧有三种稳定的同位素:¹⁶啊,，¹⁷O和¹⁸这些不同同位素的比例是一个重要的化学特征，就像遗传标记一样。从历史上看，地球和月球拥有几乎相同的氧同位素指纹，这一点很重要。

这种相似性对于撞击模型来说是有问题的，因为根据模型，月球应该是由不同的物质组成的。只有10%到40%的月球来自原地球的一部分，其余的来自忒伊亚。因此，月球和地球足迹的相似性需要另一种解释。

对于这个问题，至少有两种可能的解决方案。去年，我所在的团队提出了一项计划。我们的解决方案泰雅和原始地球可能已经拥有相同的指纹之前他们相撞。我们的工作是基于一套对行星生长后期阶段的计算机模拟。我们发现，最后一个与正在成长的地球相撞的物体在组成上可能比人们想象的更像地球。在10%到20%的模拟碰撞中，相似性是如此之强，以至于它预测地球和月球将拥有相同的同位素指纹。

第二种解决方案提出，月球形成过程中产生的冲击比之前认为的要强烈得多，产生了一个巨大的汽化岩石云，体积是地球的500多倍。根据这一理论，蒸发的岩石是原地球地幔和忒伊亚的混合物。地球的地幔和大气层，以及忒伊亚的物质，变成了一个完全混合的连续的云。然后月亮凝结了出来。

一项新的研究自然作者:Wang and Jacobsen最近支持第二种解决方案。这项研究测量了月球岩石和地幔岩石中的两种钾同位素。他们发现，月球岩石中重钾同位素的含量约为万分之四⁴¹K比更轻的同位素³⁹这可以很容易地解释为月球从一个热的岩石蒸汽盘凝结。由于较重的同位素比较轻的更容易凝结，而且月球一定凝结得很快，人们可以预期月球上富含重钾，就像观察到的那样。这种富集实际上取决于蒸汽云内部的条件，因此测量提供了对月球形成圆盘物理的深入了解。

地球和月球之间钾同位素的差异很难用第一种方法来解释。如果忒伊亚和原地球的成分相同，那么钾同位素的差异就没有理由了。

你自己的科学模型失宠的感觉如何?

值得一提的是，第一个解决方案已经站不住脚了。另一个研究一月份发表的一项研究重新测量了月球岩石中的氧同位素。我们的研究基于2014年的一项测量，该测量发现地球和月球的氧指纹差异约为百万分之12。在我们对地球增长的模拟中，有一些行星的最后撞击物与原地球的撞击物在这个水平上相当。但新的研究发现，地球和月球之间的浓度更接近，上限仅为百万分之5。在我们的模拟中，匹配更相似指纹的几率大幅下降。

你可能会问，让你自己的科学模型失宠感觉如何？好吧，我并不感到特别沮丧。科学从来不是基于一个单一的想法，通常找出没有发生的事情和找出可能发生的事情一样有用。令人兴奋的是，这一新模型似乎团结在一起，我们很接近r来计算月球是如何形成的。

肖恩·雷蒙德是一位研究行星系统形成和演化的天文学家。他的博客地址是planetplanet.net.