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当地球有两个月亮的时候

一个新的模型 - “大脾气” - 爆炸月球的奇怪不对称。

半个以上,月亮一直在嘲笑科学的最佳思想,而且对于埃里克·斯库格足够了。嘲弄......由Corey S. Powell

F以上半个多世纪以来,月球一直嘲笑科学的最优秀的人才,并为埃里克Asphaug够了。

嘲弄开始于阿萨福格出生前三年。1959年10月7日,苏联“月球3号”宇宙飞船在月球背面绕圈飞行,拍摄了一系列模糊但清晰的照片,然后通过无线电将这些照片传回地球。因为月球的自转与公转完全同步,一个半球总是指向地球,而另一个总是指向远方,看不见。月神3号的第一张月球远端图像显示出一片崎岖的、温和的灰色高地——这与近端富有魅力的、人在月球上的标记完全不同。即使是行星科学家也能意识到这种人格分裂的怪异之处。阿萨福格说:“我记得当我还是个孩子的时候,看到一个展示月球远侧的新闻节目,我想这是不可思议的,一个行星可以在每一面都如此不同。”

现在是2010年,亚太人是加利福尼亚大学的地球和行星科学教授,圣克鲁斯,参加了一个古典,仍在等待月亮的侵略性不对称的解释。他听着,日益持怀疑态度,因为他的同事伊恩盖里克 - 贝特尔勾出了他提出的答案。在这个最新的理论中,地球的重力提高了几年前的月亮的强大潮流,而年轻人和熔化则会提高了强大的潮汐。然后将凸起冻结到位,从而产生了远侧的厚厚的地壳和独特的地质。概念没有意义于adhaug。“你可以在远侧和近侧得到一个凸起,就像你在地球上有高潮时一样,”他说。但该理论的全部点是仅在远方放大凸起。“所以答案必须是一些奇迹恰好抹掉了另一半。它使问题甚至比以前更糟糕。“

ashaug不仅是可疑的;他受到了启发。多年来,他一直在努力制定早期太阳系中的低速影响模型。“人们已经偏见了,看着影响和思考,只有关于超额兴趣事件,”他说。“人们忘记了事情可以在较低的速度下击中。”这些事件是建设性的而不是破坏性的:如果两个物体慢慢碰撞,他们碰撞并粘在一起,“像在房子墙上投掷泥浆或互相投掷雪球。”亚何一直认为低速影响,他喜欢称之为“Splats”,可以解释彗星的形成。突然间,他意识到他可能会坐在他面前的月亮问题的解决方案。他抓住了他的文档之一,Martin Jutzi(现在在伯尔尼大学),并拼出了他的想法。如果地球最初有什么事两个Moons,只有后来合并为我们所知道的人?

“研讨会结束后,我们马上去了实验室,马丁记录了月球被伴星撞击的情况,”阿萨福格说。这些计算的结果是对月球不对称性的一种新的解释。在阿萨福格看来,杂乱的月球高地是第二个环绕地球的月球的残骸,被粘贴在月球表面。难怪月球背面看起来像另一个世界;它一个不同的世界。新模型提供月球的起源古老和现代的外观于一体的综合描述,但Asphaug概念比这更深。它展示了一个更广阔的,并在很大程度上被忽视,在行星形成过程:温柔的碰撞,其中两个机构走到一起,一个吻。

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L.和大多数科学理论一样,阿萨福格的大Splat模型是在先前研究的大理石上雕刻而成的。事实上,关于月球起源的第一个真正科学的描述也以两个世界之间的相互作用为中心,但它设想的是分离而不是结合。1878年,查尔斯的儿子乔治·h·达尔文提出,月球是从快速旋转的新生地球上甩出去的,就像一个任性的孩子从旋转木马上掉下来一样。他推测,我们星球上缺失的那一大块显然仍是太平洋盆地。

那个“裂变假设”陷入了很长一段时间。我记得将其阅读为孩子,在梦幻般的前阿波罗科学书籍中,我继承了我的兄弟们的兄弟们 - 兄弟们在几年内达到了Luna 3。但从动态的角度来看,它不起作用。没有合理的方法来使地球旋转足以抛弃其表面的一部分,即使有没有办法到虹吸的有足够的角动量,以匹配当前地球和月亮的物理状态。至于太平洋,它是仅与大陆的现代安排相关的瞬态特征。当月亮形成约44亿年前,太平洋不存在。(在达尔文方面轻松;他的理论将板构造概念达到近90年来。)

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随后又出现了其他关于月球起源的故事,每个故事都假设了地球和月球之间不同的关系,每个故事都有自己的致命缺陷。美国天文学家T.J.J.西提出,月球是作为一个独立的行星形成的,然后被地球捕获到轨道上。缺点:我们星球的引力不够强,设不了陷阱。其他一些研究人员,其中最健谈的是法国数学家爱德华·罗奇(Edouard Roche),认为月球和地球在早期的太阳系中是并合在一起的。缺陷:当地球化学家开始挖掘阿波罗号宇航员返回的842磅的岩石时,他们发现月球的整体组成与地球不同,缺乏容易蒸发的化合物,即挥发物。一个平行的世界应该是一个更接近的匹配。

然而,在许多其他方面,月亮的化学与地球的化学非常相似,实际上是奇怪的相似。那些月球岩石中两种不同类型氧气的比率几乎完美地匹配陆地岩石。氧比就像一个ID标签,告诉你形成的物体在哪里。陨石有自己的比例。火星有自己的比例。月亮看起来像是一个双胞胎。在那里,你有它:月亮没有像地球,除了它也与地球完全相同。另一个,需要解释更细微的不对称性。

Splat!月亮是如何形成的:这个模拟了原月球和伴星月球之间的碰撞,显示了月球质量被卡住并产生了不对称的半球。行星科学家Erik Asphaug认为,这个过程可以解释月球是如何变得不平衡的。这些颜色分别表示地壳(浅蓝色)、地幔(深蓝色)和上部地幔物质层(黄色),代表岩浆海洋。伴星月球的大部分被吸积成煎饼形状的层,形成了一个可与地球月球背面高地相媲美的山区。 M.Jutzi(U.伯尔尼),E. Ashaug(ASU,UCSC)

行星科学家们消化了所有错综复杂的证据,在1975年的两篇开创性论文的启发下,确定了一种新的创世叙述——大碰撞理论。在这个模型中,地球诞生时没有月亮。在它形成后不久,它就与一个火星大小的天体剧烈碰撞,这个天体通常被称为忒伊亚(希腊神话中月亮女神塞勒尼的母亲)。由此产生的地狱蒸发了忒伊亚和地球外层的很大一部分。一些物质被炸到天国,但大部分在受伤的地球周围形成了一个圆盘。在很短的时间内——也许只有十年!——圆盘冷凝形成了月球。

巨大的影响理论充满了地球系统的大多数广泛的化学和动态属性。尽管存在挥之不向星,但它几乎被认为是为月球存在的原因最佳解释。它不做的是回答挂在我们面前的大,闪亮的问题:为什么地狱是月亮看起来像这样还是

这不仅仅是化妆品的问题。月球人的标记是巨大的黑色冰冻熔岩平原,被称为玛丽亚。出于某种原因,几乎所有的玛丽亚都在近的一边。更普遍地说,早期月球在面向地球的半球火山活动更为活跃。美国国家航空航天局(NASA)的月球轨道GRAIL(重力恢复和内部实验室)任务测量了月球的地壳,并证实了月球远端更厚;航天器还发现近地(仅近地)有一个长长的、线性的、埋藏的特征网络,行星地质学家将其解释为火山岩脉。显而易见的答案是,地球引力是造成这种不平衡的罪魁祸首,但在物理上并没有合理的方法将两者联系起来。

“长期以来,人们一直试图解释这种不对称性。想法不断被提出,他们被踢来踢去一段时间,但往往进展不顺利,”Asphaug说。更常见的是,月亮的双重身份问题被完全置之不顾。去年秋天,加州理工学院(Caltech)的戴维·史蒂文森(David Stevenson)在英国皇家学会(British Royal Society)联合主办了一场关于月球形成的重要会议。他对他的许多同事谈论这个问题的方式感到好笑:“有一个显而易见的问题,但人们有点忽视它,他们都在关注角落里的猫。”


一世n多种方式,asphaug的模型是农历形成的普遍思想的有机延伸,整个目前思考行星如何形成。婴儿太阳系逐渐从灰尘堆积起来,以摇滚到小行星到行星,全部在新生儿太阳周围的旋转盘中,从45亿多年前开始。该故事是由证据库建立的,从陨石分析到其他婴幼星周围的类似磁盘的观察。随着行星走到一起,越来越大的物体必须彼此崩溃。其中一些崩溃必须平缓地发生,以至于两个物体将两个物体粘贴到一个更大的一个,ashaug笔记中。否则这个星球将停止生长,我们的太阳系将是一群骨折的碎石。

Ankhaug在Santa Cruz,然后在亚利桑那州立大学探索了碰撞过程的职业生涯,并在亚利桑那州立大学,自2017年以来,在他当前的亚利桑那大学。多年来,他对主流巨型影响模型的贡献显着,有助于优化作为MARS大小的监视器的主流模型。在这个过程中,他说:“我醒来的事实是accretion是不完善和复杂的事实。”他对他所谓的“几乎是accretion”活动感兴趣,两颗行星不完全碰撞;他将巨大的影响视为一种在更大的可能遭遇中的一个案例,从邋sperpers陷入困境的影响,这两个行星都存活起来,大多是完整的。

“我在研究生院的最大学习经历是,意识到在探索行星科学的知识极限之前,你所需要做的事情是多么的少。这不像物理学,物理学中有400年的东西,你必须通过,才能找到一个新的和未解决的问题,”阿萨福格说。“在行星科学中,有很多基本问题没有好的答案。你开始说,‘你是这么想的?真的还是好的,我也有一个想法。'“

他的职业间epiphany anhaug思考在巨大的影响之后发生了什么。行星科学家们通常认为单个月亮从燃烧失国中出现,但这不是唯一的可能性。Asphaug的想法,两名卫星出现了与他的计算机建模完全涂没有彗星的彗星。“我们在心灵上有Splats。他说,这有点巧合。“

不是一个月亮,而是两个?一场天体撞击造成了山崩而不是灾难?是的,让我们回复你。

在哈佛大学的Matija Cuk已经推动了第二个月亮可能来自的地方,填补了图片的第二部分。当巨大的影响创造了一个巨大的接地循环环的汽化岩石时,Cuk注意到,有两点稳定,位于月球前方60度,在同一轨道中落后60度。那些斑点就像引力潮汐池一样,平静的位置可以形成第二,较小的物体。CUK没有给这个伴侣月亮是一个名字,而是为了清楚起见,我将在希腊神话中塞琳的情人之后称之为优秀。

起初,月亮和睦相处和平地共存,但(经常发生在浪漫关系中)事情随着时间的推移而变化。引力互动导致主要月亮螺旋远离地球,改变整个系统的动态。Endymion失去了稳定的栖息地,落入了爱人的武器。CUK理论精确的是,事实最终分手并在月球上下雨,如小行星的冰雹。ashaug看到了一个有很大不同的可能性。

“当物体共同绕轨道运行时,它们以相当缓慢的速度撞击对方,撞击速度与物体坠落的速度差不多,所以不会产生冲击或大量融化,”阿萨福格说。“不要把这看作是一次巨大的撞击,它更像是一次宇宙滑坡。这将是你能想象到的最大的山体滑坡之一。”在后期,恩底弥翁的残骸会以每秒几百米的速度下落,仅仅是1/100th那得到了处理在第一时间滚动的巨大撞击的速度。

“如果你计算你得到一个凸起,其中冲击命中;它是由略低密度物质的地壳增厚,” Asphaug说。在他的模型中的隆起的形状在月球远侧的实际地壳的形式相匹配。他估计,恩迪米恩需要大约621英里(1,000公里),宽以考虑额外地壳的质量;这是一个似是而非的大小,约四分之一的现代月亮的直径。这么小的身体会内亿年冷却到坚硬的岩石,大致在哪个年龄恩迪米恩会变得不稳定。当它崩溃下来到月球表面,这将创造全半球瓦砾场,很好的占了月球的另一边厚痂。

大泼溅有更多的有趣的后果。岩石登月的一个半球的全部重量将压缩熔融材料,富含放射性元素,并迫使其向另一半球,A​​sphaug指出,“所以它不仅创造了一个地壳不对称也是一个热不对称。”的热在月球上的一个侧的浓度也可能会导致其膨胀,产生由GRAIL航天器看到的堤坝。瞧:远侧的厚底,近边的火山活动,和神秘的月球堤防,在一个单一的行程解释。

Anphaug不太自信地,大脾脏可以完全占据这种整个谈话的恶意不对称,完全在月球近侧的黑暗标记的浓度。“这是一点伸展,”他承认,因为熔岩流创造了月球玛丽亚在形成月亮形成后大约十亿年后爆发了。但是,通过解释远方的较厚的地壳和近侧的更大的内部热量,他的模型至少为熔岩的正确条件设置了熔岩,以更喜欢另一个半球。


T.他越来越多地听,听起来越令人信服。虽然大脾脏不能考虑所有月亮的刚刚的千斤顶异常,但它确实掩盖了很多人。但在冰川速度的农历速度世界,亚太人的想法已经接受了迄今为止的温暖反应。不是一个月亮,而是两个?一场天体撞击造成了山崩而不是灾难?是的,让我们回复你。

普渡大学的退伍军人图书馆和格拉队的成员杰伊·梅索提出了一个担心月球地壳的密度在近侧与远侧相同。事实上,优势可能与月亮表面具有相同的密度,但缺乏多样性“至少使得维持asphaug的大脾脏模型更加困难”,“他说。Stevenson类似地谨慎。“我没有发现它令人信服,但我不会排除它,”他说。“它不会自然出现在巨大的影响之后我们的想法。”像CUK这样的动力学专家更加支持模型。然而,最后,主要批评不是有任何证据表明突破大脾脏 - 真的 - 但是没有足够的唯一支持它。

ashaug是同情心的。“我们可能有一个假设,解释了很多东西,但相对不可能,”他说。“我们现在正在挨饿。”前进的一种方向将在月球上放置地震站网络,这将使可以阅读由其内部结构记录的完整历史。无论在巨大的影响过程中发生了什么(如果有一个)和随后的大脾脏(同上)必须留下它的痕迹。两年来,美国宇航局将推出Insight,这是一个高精度地震站的火星,但每次向月球发送同等任务的建议都被击落。“关于美国在20世纪70年代,美国如何将农历终结结束是一个悲伤的评论,”Asphaug说。“我认为这将是终于得到答案的中国人。”

根据阿萨福格的说法,人类在月球上的最终信息是,行星的形成是草率的、创造性的、极其多样化的。

幸运的是,那个闷闷不乐的注意事项不是故事结束的地方,因为还有另一种方式 - 一整套方式 - 测试asphaug的模型,并了解行星和卫星如何形成和演变。他指出的“几乎是 - 积累”事件的证据,可能是我们周围的。彗星可以保持古代分层的Splat结构;欧洲航天局的Rosetta Mission,现在正在进行彗星Churymov-Gerasimenko,将能够看看。冥王星及其大型卫星Charon可能已经形成为类似于形成地球月亮的巨大影响。新的地平线宇宙飞船将在2015年进行近距离飞行。火星有自己独特的南北不对称,洞察力探测器将有助于调查影响是否可能归咎于那里。

由于亚何继续运行他的模型,他一直在寻找更多的地方进行调查。在发表的2013纸中伊卡鲁斯他认为,土星的复杂卫星系统可能是多重影响和兼并的结果,更具精心制作的过程,使我们自己的月亮。他还认为,行星水星是一个或多个击中和运行影响的受害者,它们形成了它的浓密,富含铁的结构和其灼热地壳中的不可分割的水。(Asphaug阐述了他的行星形成和书籍的起源,当地球有两个月亮的时候,将于2019年10月发布。)

据Asphaug称,终极男子般的月球信息是,行星形成是邋and和创造性的,并且疯狂地变化,他的大部分同事都忽略了。他想确保他不缺少任何部分。“通过现代化的计算机代码,我们可以探索一个非常大的参数空间,”他用同样的极客热情表示,在2010年推动他进入实验室。“乐趣永远不会停止。”


Corey S. Powell是一个贡献的编辑美国科学家和在发现,他在那里写了一个博客。他也是即将播出的《科学规则》播客的联合主持人。他在推特上积极谈论太空和天文学:@coreyspowell

这篇文章最初发表在2014年5月的《对称性》杂志上。

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