我想象两个长相非常相似的邻居进行基因测试。检查显示，这对夫妇的基因指纹几乎完全相同。他们感到一阵震惊和兴奋。这意味着什么?他们会不会是在医院里失散已久的双胞胎?
地球和月球有一个相似的问题，这是一个重大的科学难题。在同位素水平上——岩石的“遗传”水平上——地球和月球本质上是相同的。虽然它们的岩石和铁的相对含量不同，但地球和月球的岩石在几种不同元素中具有相同的同位素特征;氧是研究最多的。这种同位素相似性困扰了科学家们几十年。这肯定意味着月球的起源，但准确地说什么?
在过去的一个世纪里，天文学家已经提出了几个关于月球形成的理论。也许月球是一颗由地球引力捕获的游荡行星（地球引力）捕获理论)。也许初生的地球旋转得太快，把月亮都吐出来了裂变理论)。又或者是年轻的地球被另一颗正在成长的行星撞击而形成了月球巨大的影响理论)。近年来，第三种观点已成为首选模式。
大碰撞理论与我们所知的整个太阳系的形成过程相呼应，而整个太阳系是由年轻的太阳周围的气体和尘埃组成的圆盘合并而成的。地球和其他行星在一系列的碰撞中成长，从尘埃粒子开始，到行星大小的天体之间的巨大碰撞。最近一次与地球成长有关的巨大撞击可能在环绕地球的轨道上形成了一个由岩石碎片组成的圆盘，从而产生了月球。巨型撞击模型已经变得如此受欢迎，以至于涉及撞击的两个物体甚至有了名字:原始地球(地球的祖先)和忒伊亚(影响主体，以希腊女神谁是月亮之母）。
为了更好地了解这两个天体，我们需要了解它们的遗传学。这里的“遗传学”信息是指对某些元素的不同同位素进行精细的地球化学测量。氧特别有用，因为它有三种稳定同位素：16啊,17O和18精确的测量表明，地球和月球具有相同的氧同位素指纹，即不同同位素的相对丰度几乎相同。我们发现了一个微小的差异测量在2014年，第一次达到了每12个零件的水平欧元．地球和火星之间的氧同位素差异大约大30倍(大约300ppm)。
在大碰撞理论中，原地球和忒伊亚通常被认为具有不同的氧同位素特征。这是因为每颗行星的特征都是由它的轨道决定的;据推测，获得几乎相同签名的唯一方法是两颗行星在几乎相同的轨道上形成，这与我们认为的行星的生长方式不相符。如果地球和忒伊亚有不同的指纹，为什么地球和月球有相同的指纹呢?
这个问题有几个潜在的解决方案，但它们需要“就这样”从定义上讲，这种情况是不太可能发生的。一种可能的解决方案是，月球是由原地球和忒伊亚的混合形成的。然而，计算机模拟显示，在大多数撞击中，月球合并形成的碎片盘主要由忒伊亚的物质构成，其中10 - 40%来自原地球。另一个可能的解决方案是，月球形成的圆盘在撞击后与地球的化学平衡。这种平衡确实应该发生，但目前的计算表明，它需要的时间远远超过建造月球所需的时间。
在4月9日的自然， Alessandra mastrobuo - battisti, Hagai Perets，以及我提出了一个新的解决这个长期存在的谜题的方法。前提很简单:如果忒伊亚和原地球已经共享了相同的化学成分呢?如果这是真的，那么巨大的冲击场景不可能避免形成与地球成分相同的月球。
为了验证这个想法，我们使用了一套计算机模拟地球和其他岩石行星的形成过程。模拟的轨迹是一个由数千个岩石天体组成的盘状物围绕年轻的太阳运行。小天体在大约一亿年的时间里相互碰撞并生长，形成了类似于地球和其他三个行星的行星类地行星．
每个模拟都产生了一个地球“模拟”，一个大小合适、轨道与地球大致相同的行星。我们通过检查每个模拟行星的组成部分，它的“喂养区”来追踪它们的谱系。一颗行星有一个狭窄的进食带，它完全是由非常近的轨道上的物质形成的，本质上是一个狭窄的环。相比之下，一颗有广阔的进食区的行星，是通过与从非常不同的轨道开始的物体(一个宽阔的圆盘)的碰撞而成长起来的。
一颗行星的化学指纹仅仅是它生长的所有天体的指纹的总和。换句话说，一颗行星的进食区决定了它的化学特征。我们检查了我们模拟的每一个地球类似物的生长情况。特别重要的是每一颗行星最后一次的巨大撞击——一次类似地球的碰撞我们计算了这些天体在碰撞前后的进食区，这就是事情变得有趣的地方。
值得注意的是，我们发现原始地球和Theia的类似物通常共享相似的进食区。在它们碰撞之前，它们是从相似的构造块分布中生长出来的。这并不是在每次模拟中都会发生，而是一种强烈的现象，大约四分之一的时间都会发生。这意味着我们所设想的情景确实是正确的泰雅和原始地球在碰撞前可能已经有了相同的同位素（基因）指纹。地球和月球也应该有相同的指纹是有道理的。邻居有相同的基因，不是因为他们是久违的双胞胎，而是因为他们的祖先是同一古代种群的类似混合体。
在我们的模拟中，忒伊亚类行星的进食区几乎总是比其他附近行星的进食区更接近原地球。这很符合这个故事，因为火星的同位素指纹与地球和月球非常不同。
谜题的最后一部分是用我们的模拟来计算行星的实际同位素特征。以确保地球和月球在十亿分之一的水平上是相同的。这很棘手，因为我们不知道起始条件是什么。太阳的行星形成盘的化学梯度是什么?我们根本不知道。通过简单的假设，我们发现很大一部分模拟(大约10 - 25%)提供了很好的匹配。关于这一步有一些争论，因为内森·凯布和尼克·考恩的另一项研究发现了不同的结果:原始地球和忒伊亚的相似程度足以复制地球和月球，这是一个延伸。这两组人之间的差异是微妙但重要的，我们正在努力解决它们。
这就是答案。地球和月球相似的同位素指纹可能告诉我们，原始地球和忒伊亚已经有一个共同的遗传祖先。它们的化学特征在大碰撞前是一样的，因为它们是由相同的材料生长而来的。我们知道这要归功于行星遗传学。
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．
