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圖中是藝術家描繪的 索內斯蒂亞(synestia)理論 ,一顆假設天體由巖石蒸汽構成,它可能孕育月球。
1973年12月13日,宇航員哈里森?施密特(harrison schmitt)在月球 寧靜海 區域行走至一塊巖石。
北京時間8月7日消息,據國外媒體宣傳,教科書中提及月球是形成于火星質量大小的星球碰撞地球時形成的,但是新證據對該觀點提出置疑,研究人員認為月球以新的方法誕生。
置疑 忒伊亞星球理論
1973年12月13日,宇航員哈里森 施密特(harrison schmitt)在月球 寧靜海 區域行走至一塊巖石,當時,他向指揮官尤金 塞爾南(eugene cernan)匯報稱,這塊巖石擁有較小的滑動軌跡,一直延伸至山丘,這塊巖石從山坡滾落留下了痕跡。隨后他在這塊巖石上采集了一點樣本。
施密特從這塊巖石上鑿取部分樣本,之后他采用耙子刮掉巖石表面上的巖石粉末,鑿取一塊巖石樣本將其命名為 橄長石76536 ,它具有一定的歷史研究意義。
這塊巖石及其它月球巖石樣本,將揭曉月球是怎么形成的,在過去的40年里,教科書和科學博物館無數次地講解了月球是怎么形成的,普遍觀點認為,月球形成于胚胎地球和類似火星的巖石星球之間的災難性碰撞。這顆巖石星球被命名為 忒伊亞(theia) ,其命名源自誕生 月之女神塞勒涅 的希臘女神忒伊亞。科學家猜測,忒伊亞星球猛烈撞擊地球,撞擊碰撞非常快,導致兩顆星球并且融化,終,忒伊亞星球的殘骸冷卻凝固,形成現今我們所看到的月球。
但是近年來科學家對 橄長石76536 和其它月球、火星巖石樣本進行測量,對 忒伊亞星球理論 提出了置疑。在過去5年時間里,一系列研究暴露出一個問題: 忒伊亞星球理論 作為權威度理論,這種巨大碰撞假說無法與關聯證據相匹配。如果忒伊亞星球碰撞地球,之后形成月球,那么月球是由忒伊亞類型物質構成,但是月球并不像忒伊亞星球,也不像火星,就月球物質的原子結構來說,它幾乎和地球完全一樣。
面對這一差異性,月球研究員尋求新的理論來理解月球是怎么誕生的,明顯的處理方案也可能是簡單的,并且,新理論也對理解早期太陽系提出了越來越多挑戰:第一種可能是或許忒伊亞星球形成月球,但是忒伊亞星球物質幾乎與地球物質相同;第二種可能是該碰撞過程徹底混合了任何事物,均質化全異團狀物質和液體,就像采用面糊攤薄餅一樣,這可能發生在一個非常高能量的碰撞過程,或者產生多顆衛星的系列碰撞,之后多顆衛星結合在一起;第三種解釋將挑戰我們對行星的認知,有可能現今的地球和月球經歷了奇特的變形,瘋狂的軌道變化顯著改變了它們的旋轉,并影響了它們未來演變。
目前共有4種月球形成理論:大型碰撞; 索內斯蒂亞(synestia) 小衛星和雙碰撞過程。
美國加州大學戴維斯分校行星科學家薩拉?斯圖爾特和她的學生哈佛大學西蒙?洛克。
四種方法形成月球
當前月球形成主流理論遭到置疑,科學家們提出了其它月球形成觀點,目前共有4種月球形成理論:大型碰撞; 索內斯蒂亞(synestia) 小衛星和雙碰撞過程。
大型碰撞理論形成于上世紀70年代,是指一顆叫做 忒伊亞 的火星大小巖石星球與年輕地球發生碰撞。此次碰撞形成盤狀殘骸,終合并形成月球。近期研究發現了該理論的矛盾性:大型碰撞事情表明,月球應當是由類似忒伊亞星球物質構成,然而月球地質化學研究顯示,月球是由類似地球的物質構成。
索內斯蒂亞(synestia)理論 是指原始地球擁有充足能量,可以蒸發兩個天體,形成一個叫做 索內斯蒂亞 的新宇宙天體結構,旋轉的熾熱殘骸云徹底混合了忒伊亞和地球的物質,從而形成一個具有完全相同地質化學成分的地球-月球系統。
小衛星理論顯示,月球并非形成于一次大型撞擊事情,每次月球大小碰撞體形成殘骸盤,終合并形成一顆小衛星。連續碰撞逐漸增加小衛星數量,全部小衛星終結合形成月球。
雙碰撞過程可能是簡單的月球形成理論,該理論顯示忒伊亞與年輕地球構成物質相同,這種可能性很大程度上挑戰了我們對行星系統形成的認識。
關于忒伊亞星球理論的壞消息
為了理解地球重要的日子發生何種變化,將有助于拆析太陽系的早期階段,45億年前,太陽被熾熱、環形殘骸云包圍,恒星形成元素盤繞在新生太陽周圍,并逐漸冷卻,歷時萬古時代,在一個我們無法理解理解的過程中,逐漸形成團狀物質,形成微行星,之后逐漸形成體積較大的行星。這些巖石天體猛烈頻繁碰撞,同時彼此汽化,這是一個難以形容殘酷的 臺球地獄 ,地球和月球逐漸形成結構。
為了形成當前的月球結構大小、旋轉和遠離地球的速度,我們佳計算模型表明,任何與地球發生碰撞的天體,都應當具有火星體積大小。任何更大或者更小的天體將產生比我們看到更大的角動量,并且,一個更大的拋射運動將拋出越來越多的鐵元素進入地球軌道,形成月球的鐵含量比現今越來越多。
之前對 橄長石76536 和其它月球巖石樣本的地球化學拆析進一步支持該理論,他們發現月球巖石可能源自月球巖漿海洋,這種環境僅形成于一次大型天體碰撞。橄長石可以漂浮在巖漿海洋之上,就像是冰山漂浮在南極洲海面。基于這些物理約束,科學家推測月球可能形成于忒伊亞星球殘骸,但這過程存在一個問題。
追溯至早期太陽系,當巖石星球碰撞和蒸發,它們的成分混合在一起,終形成不同區域。越接近太陽,其表面溫度越高,較輕元素很可能升溫和逃逸,終殘留較重的同位素(具有額外中子的變種元素)。當逐漸遠離太陽,巖石星球可以保持較多的水分,并保持較輕的同位素。正因為如此,科學家能夠檢測天體的混合同位素,從而鑒定拆析太陽系從何而來,這就像帶有一定口音的話語可透露出他的家鄉所在地。
這些差異非常顯著,可用于分類行星和隕石類型,火星的化學成分完全不同于地球,例如:通過測量3種不同氧同位素比率,火星表面上的隕石可以很容易鑒別。2001年,瑞士研究人員采用先進質譜拆析法重新測量了 橄長石76536 和其它30多家月球樣本,他們發現這些樣本的氧同位素與地球沒有區別,此后,地球化學家研究了地球和月球上的鈦、鎢、鉻、銣、鉀和其它不太容易識別的金屬元素,結果顯示這兩顆星球幾乎完全相同。
這對于忒伊亞星球理論是個壞消息,如果火星與地球、忒伊亞存在顯著差異,那么月球也和火星差異較大,如果它們是相同的,則意味著月球一定是由地球的熔化部分形成,阿波羅任務采集的巖石樣本與物理學所一再原理存在直接沖突。
美國加州大學戴維斯分校行星科學家薩拉 斯圖爾特(sarah stewart)說: 這一 規范模型 正處于危機之中,當前雖未被完全推翻,但是已遭到科學界的嚴重置疑。
synestia理論認為,類似百吉餅的蒸汽巖石云環繞著一顆巖石行星。
美國芝加哥大學地質物理學家尼古拉斯?達普哈斯手中拿著一塊頑輝石,這是一種源自小行星的巖石,并且也存在于地球,右圖是地球上的頑輝石。
月球源自蒸汽盤
斯圖爾特曾試圖協調該問題的物理限制,即需要一定體積、保持一定速度的撞擊天體,并具有新地質化學證據。年,她和搜尋地外文明研究所(seti)的馬蒂亞 庫克(matija ?uk)提出月球形成的新物理模型。他們認為,當忒伊亞星球碰撞地球時,早期地球處于 旋轉舞 狀態。這種碰撞將產生一個盤狀結構,盤旋在地球周圍,有點兒像土星環,但是它僅持續大約全天候。終,這個盤狀結構會冷卻凝固成月球。
如果超級計算機不夠強大,則無法完全模擬這一過程,但是計算模型表明,一顆天體拋射撞擊快速旋轉星球,將剝離大量地球質量,并且忒伊亞星球和地球的質量融合在一起,可以形成一顆星球,具有地球相同的同位素比率。
然而,對于快速旋轉的地球解釋論來說,這一觀點是正確的,然而,還有其它一點因素減緩了地球自轉速度。在年的研究中,斯圖爾特和庫克認為,在某個特定軌道-共振相互作用下,地球可能將角動量轉移至太陽。之后美國麻省理工學院的杰克 威茲德姆(jack wisdom)提出了幾個不同方案,稱角動量可以從地球-月球系統中抽離出來。
但是沒有一個解釋令人完全滿意。斯圖爾特稱,年進行的計算模型仍無法解釋月球的軌道或者月球的化學成分。年,美國哈佛大學研究生西蒙 洛克(simon lock)和斯圖爾特的學生樹立了一個升級模型,提出一個之前未識別的行星結構。
在這個理論中,地球和忒伊亞的每一部分都汽化形成一個膨脹云,其外形有點兒像一個厚百吉餅。膨脹云旋轉速度非常快,達到 共轉極限 臨界點,膨脹云外側邊緣汽化成巖石環,其旋轉速度非常快,逐漸使膨脹云形成一個新的結構,這是一個 肥胖的盤狀結構 盤旋在內部區域。至關重要的是,圓盤并不像土星環那樣與中心區域分離開來,也不像之前的巨大碰撞月球形成理論模型。
這種結構是難以描述的,它沒有表面結構,而是融化巖石云,膨脹云的各個區域形成融化巖石雨滴。洛克表示,月球在這種蒸汽環境中逐漸成長,終蒸汽會降溫冷卻,形成地球-月球系統。
考慮到膨脹云不同尋常的特征,洛克和斯圖爾特認為月球的原始體應當起一個新名字,他們嘗試了多次,終命名為 索內斯蒂亞(synestia) ,他們采用了希臘語前綴 syn- ,意思是同步,同時結合了女神赫斯蒂亞(hestia)的名字,synestia的意思是 共生連接結構 。
斯圖爾特說: 這些天體并非你想像的那樣。 今年5月,斯圖爾特和洛克撰寫一篇關于synestia物理學特征的文案,他們指出,synestia月球起源論仍需進一步驗證。他們將這一觀點發表在行星科學會議上,表示他們的同事對此非常好奇,但卻不太容易認可該觀點,這可能是因為synestia理論仍是一個觀點,它不同于太陽系的環狀行星,并且,作為原行星盤,雖然普遍存在于宇宙,但迄今人們未觀測到它。洛克說: 這是一個非常興趣的研究觀點,可以解釋月球的特征。
小衛星群
在太陽系的天然衛星中,地球的衛星可能獨特,因為僅存在一顆。水星和金星缺少天然衛星,部分原因是它們距離太陽太近,引力作用使它們的衛星軌道非常不穩定。火星有體積較小的火衛一和火衛二,有些人認為這是被俘獲的小行星,還有一點人認為這是火星撞擊形成的。并且,氣態巨行星被一點衛星盤旋,一點衛星是巖石結構,一點衛星存在水,一點衛星是存在水的巖石結構。
與太陽系的其它衛星相比,地球衛星的體積和質量較大,月球質量大約是地球質量的1%,而其它外部行星的衛星總質量低于主行星質量的0.1%,更為重要的是,月球包含著地球-月球系統80%的角動量。也就是說,月球對地球-月球系統80%的運動密切關聯,對于其它外部行星衛星來說,它們僅占該系統不足1%的角動量。
然而,月球并非始終具有這些質量,月球的表面結構證實它終身遭受碰撞轟擊,以色列魏茨曼科學研究所行星科學家拉盧卡 魯夫(raluca rufu)稱,很可能月球的形成經歷了多重碰撞。
魯夫在年發表的一篇研究報告中指出,地球的衛星并非 原始月球 ,她進行模擬計算顯示,至少是十幾次碰撞事情,天體從不同立場、不同速度碰撞地球,形成一個盤狀結構,終形成 小衛星群 ,本質上講,這些小衛星體積小于現今的月球,小衛星之間的交互作用,以不同立場進行融合,終形成現今看到的月球。
行星科學家對魯夫年發表在的研究報告非常興致趣,美國西南研究所月球科學家羅賓 卡努普(robin canup)稱,這項研究報告值得深入思考,然而當前還需要進行越來越多的測試進行驗證。
魯夫并不明確是否這些小衛星鎖定在它們的軌道位置,就像月球始終保持相同的方向朝向地球。如果是這樣的話,她并不明確這些小衛星是怎么合并的,這將是我們需要處理的問題。
而且,一位專家認為另一種解釋可以揭示地球和月球的相似性。 這可能是一個非常簡單的回答。 從synestia理論到小衛星理論,新的物理模型可能實際上沒有意義。 也許月球只是像科學家設想的泰亞星一樣像地球。 (葉傾城)。
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