F50年前，在总统办公室里，理查德·尼克松打了一通他称之为“史上最具历史意义的电话”。休斯顿已经把他和月球上的人联系上了。“我们非常荣幸来到这里，”阿姆斯特朗说，“不仅代表美国，而且代表所有国家的和平人士，对未来怀有兴趣、好奇心和远见。”阿波罗任务——一个充满激情和理智的大胆壮举——不仅仅是为了作秀。1969年，人类实现了七年前约翰·f·肯尼迪的登月承诺——登月并非易事，而是困难重重——人类挑战了自身的极限——也挑战了月球土壤。
宇航员带回地球的样本彻底改变了我们对月球起源的理解，促使科学家们构想出我们的星球及其伴星是如何出现的新模型。加州大学戴维斯分校(University of California, Davis)的行星物理学家莎拉·t·斯图尔特(Sarah T. Stewart)就是这些科学家之一。去年，她因在月球起源方面的研究而获得了麦克阿瑟基金会奖学金(MacArthur Foundation Fellowship)，该奖学金在非正式意义上被称为“天才奖学金”。她的理论颠覆了几十年来的一个理论。
Stewart的大胆愿景能够在伊利诺伊州奥尔蒂诺顿高中种植的科学热爱。“我有现象数学和物理教师，”她说。“所以当我上大学时，我想成为一个物理专业。”在哈佛大学，她学习天文学和物理学，“我遇到了惊人的科学家，并引发了整个职业生涯。”她赢得了她的博士学位。在卡尔泰克。
岩浆雨在岩石蒸汽中聚集形成了月球，然后岩石蒸汽冷却后形成了地球。
鹦鹉螺去年，她向斯图尔特讲述了阿波罗登月的科学意义，以及她的实验室实验(复制行星碰撞的压力和温度)是如何为她的月球诞生模型提供依据的。
阿波罗登月对科学有多重要?
今年7月是阿波罗登月50周年。阿波罗任务带回的岩石样本基本上推翻了之前关于月球起源的所有想法。在阿波罗的结果出来之前，俄罗斯天文学家维克多·萨夫罗诺夫(Viktor Safronov)一直在开发行星如何生长的模型。他发现它们会长成亚行星或原始行星大小的物体，然后发生碰撞。随后，几个不同的小组独立提出，一个巨大的撞击造成了环绕地球的圆盘，而月球就是从这个圆盘中吸积出来的。在过去的50年里，这个模型变成了定量的、可预测的。模拟表明，月球应该主要是由撞击原地球的物体构成的。但阿波罗任务发现，在主要元素和同位素比例上，月球实际上是地球的双胞胎，特别是在地幔:不同重量的元素就像指纹，存在于相同的丰度。除了地球和月球，太阳系中的每一个小行星和行星都有不同的特征。所以大碰撞假说是错误的。 It’s a lesson in how science works—the giant impact hypothesis hung on for so long because there was no alternative model that hadn’t already been disproven.
你对月亮诞生的建议有何不同?
我们改变了巨大的影响。通过改变它，我们特别去掉了一个原始的约束条件。最初的大碰撞被提出是为了设定地球一天的长度，因为角动量——线性动量的旋转当量——是一个守恒的物理量:如果我们在时间上倒退，月球会更接近地球。在月亮变大的时候，地球每天会自转5个小时。所以所有的大碰撞模型都被调整为在大碰撞之后的5个小时。我们所做的是，如果有一种方法可以改变月球形成后的角动量呢这必须是通过与太阳的动态相互作用。这意味着，我们可以让地球旋转得更快——我们正在探索的模型中，地球在大碰撞后每天有两到三个小时。
旋转更快的地球对你的模型有什么影响?
令人惊讶的是，当地球变热、蒸发并快速旋转时，它就不再是一颗行星了。有一个边界，超过了这个边界，地球上所有的物质就不能在一个完全旋转的物体上停留——我们称之为同转极限。超过同向旋转极限的物体就会形成一个新物体，我们将其命名为“索内斯蒂亚”(synestia)，这是一个源自希腊的词，意思是代表一个连接的结构。索内斯蒂亚是不同于行星加圆盘的物体。它有不同的内部动力学。在这种高温汽化状态下，圆盘中的高温气体不会落到行星上，因为行星有一种大气将这些气体推出。最终的结果是，形成索内斯蒂亚的岩石蒸汽通过向太空辐射冷却，在索内斯蒂亚的外部形成岩浆雨，岩浆雨在岩石蒸汽中聚集形成月球，随后冷却成为地球。
你是怎么想到索内斯蒂亚的?
2012年，Matijaćuk和我发表了一篇关于月球起源的高旋转模型的论文。我们改变了影响事件，但我们没有意识到在影响后，事情完全不同。它只是我们从模拟中提取的任何东西。直到两年后，我的学生西蒙锁和我正在看不同的地块，我们从未在出于相同的模拟之前从未制作过，我们意识到我们一直在解释下一个错误发生的事情。我们一起坐在一起谈论光盘在撞击后如何在地球上发展，并意识到它不是标准光盘。这些句子可能一直坐在人们的计算机系统中，这是一段时间，没有任何人实际上将它们识别为不同的东西。
“令人惊讶的是，当地球变热、蒸发并快速旋转时，它就不再是一颗行星了。”
句子的大小是月亮目前的轨道？
它可能更大。完全取决于事件的能量以及它旋转的速度有多大。我们没有精确的限制，以制造月亮，因为一系列句子可以成为月亮。
地球处于索内斯蒂亚状态有多久?
索内斯蒂亚非常大，但它并没有持续太久。因为岩石蒸汽非常热，而且我们在太阳系中离太阳足够远，所以我们的平均温度比岩石蒸汽低，所以索内斯蒂亚冷却得非常快。所以它可能会持续一千年左右，然后再看起来像一颗正常的行星。它的持续时间取决于围绕地球的太阳系中发生的其他事情。为了成为一个长寿的物体，它需要离恒星非常近。
击中原始地球的物体的大小是多少？
我们不知道，因为不同的质量比，不同的碰撞角度，不同的碰撞速度可以让索内斯蒂亚有足够的质量和角动量来制造我们的月球。我不知道我们是否能确定到底是什么袭击了我们。我们可能有办法限制这些可能性。其中一种方法是在地球深处寻找有关这次事件可能有多大的线索。来自地幔深处的化学示踪剂表明，即使是在月球形成的过程中，地球也没有完全熔化和混合。这些玄武岩从地核-地幔边界附近，向上穿过整个地幔到达地表，有时也称为地幔柱，这些玄武岩通过所谓的海洋岛屿玄武岩到达地表。这可能会被用来限制太大。因为地球和月球的地幔非常相似，这可以用来确定什么是太小的事件。这就给了我们一个范围，这个范围可能可以被许多不同的冲击配置所满足。
形成句子需要多少能量？
巨大的撞击是非常有能量的事件。事件的能量，以碰撞的动能来表示，在数小时内释放出来。所涉及的能量与太阳的能量或光度相似。当你把太阳的能量注入地球时，我们真的无法想象地球是什么样子。
索内斯蒂亚斯有多普遍?
实际上，我们认为索内斯蒂亚在岩石行星形成期间应该经常发生。我们还没有观察气体巨行星。这里有一些不同的物理现象。但对于像地球这样生长岩石的天体，我们试图估计索内斯蒂亚存在的频率。对于宇宙中任何地方的地球质量的物体，在它成长的过程中至少有一次是索内斯蒂亚。当身体变大时，制造索内斯蒂亚的可能性就会增加。“超级地球”在某种程度上也应该是一个索内斯蒂亚。
你说，在行星形成过程中所达到的所有压力和温度现在都可以在实验室中得到。首先，告诉我们这些压力和温度的大小，然后告诉我们如何在实验室中访问它们。
地球的中心位于几千度，并具有数百个千兆像千兆位的压力 - 比表面的压力大约三百万倍。木星的中心甚至更热。在巨大的撞击期间，可以暂时达到木质试器压力，因为身体在一起碰撞。巨大的影响和木星的中心是关于行星地层达到的压力和温度的极限：所以成千上万度，以及地球压力的一百万倍。为了复制，我们需要非常快速地将能量倾倒到我们的岩石或矿物中，以产生达到压力和温度达到这些幅度的冲击波。我们在地球上使用主要矿物质，或岩石行星 - 所以我们研究了铁，石英，叉段，山峰和那些不同的合金组合物。其他人已经研究了木星的氢氦气混合物，以及对天王星和海王星的冰。在我的实验室里，我们有轻燃气枪，基本上是大炮。并且，使用压缩氢气，我们可以在每秒发射金属传单板上薄圆盘至近8公里。我们可以达到地球的核心压力，但我无法达到我的实验室中的巨型影响或木星中心。 But the Sandia Z machine, which is a big capacitor that launches metal plates using a magnetic force, can reach 40 kilometers per second. And with the National Ignition Facility laser at Lawrence Livermore National Lab, we can reach the pressures at the center of Jupiter.
传单牌被击中后会怎样?
目标只是在蒸发后变成灰尘，然后再次冷却。它们是非常具有破坏性的实验。你必须在几十纳秒内实时测量波本身和它的传播速度。我们可以把它转化为压强。我的团队花了很多时间来研究测量温度和找到相边界的方法。导致月球起源的工作是专门研究蒸发地球物质所需的条件，并确定岩石的沸点。我们需要知道它什么时候会蒸发，以便计算什么时候会变成索内斯蒂亚。
你如何使用你的实验结果?
在我们的代码中运行的是一个简化版本的行星。通过我们的实验，我们可以模拟一个简化的行星来推断更复杂的化学系统。一旦我们确定了平均系统的压力-温度，你就可以问关于一个真实行星的多组分化学的更详细的问题了。在去年出版的月球论文中，有两大部分。它简化了巨大撞击的模型，给我们提供了索内斯蒂亚的压力-温度范围。另一个研究的是在这些高压和高温下开始并冷却的系统的化学成分，但现在使用了一个更现实的地球模型。
Brian Gallagher是事实如此浪漫的编辑鹦鹉螺博客。在推特上关注他@bsgallagher.。
