原文标题：《【宇宙杂谈】月球哪儿来的？神秘的月球背面（文字版）》
月球是哪儿来的？同样是内太阳系行星的水星、金星和火星，为什么它们要么没卫星，要么有也只是很小很小的。即使是最大的火卫一，它的平均直径也才 20 公里左右，小到连规则的球形都形成不了，看起来就像个大土豆。
而作为地球的卫星月球相对就大得多，直径大约 3500 公里，相当于地球的 1/4。
对于这么一个大家伙，它的起源就显得扑朔迷离了。在上个世纪，主流科学界关于月球起源主要有这么几种猜测。
一种是说月球曾经是地球的一部分，后来由于地球的自转速度太快，结果把自个儿给转散架了，月球就是当时甩出去的一部分地球物质形成的。这个叫做“分裂说”。
另一种是说月球它本不是地球的卫星，只是因为从地球的身边经过被地球的引力捕获，所以才成了一颗卫星。这种叫做“捕获说”。
还有种说法干脆认为，月球它其实就是和地球一起诞生的，都由太阳系的原始吸积盘直接形成，就像太阳和行星一起诞生于同一片分子云一样。这种叫做“吸积说（同源说）”。
相较于以上三种假说，如今的科学界对地月系统的形成更认同的还是“大碰撞说（Giant impact hypothesis, GIH）”。
这种假说认为，当初有一颗火星大小的天体被称为“忒伊亚”，有一天它和地球发生了碰撞，大量的物质被抛洒出去并环绕地球运动。随着时间的推移，这些碎片慢慢聚集起来，最终形成了今天的月球。
但是通过对阿波罗带回的月球岩石样本进行同位素分析后，科学家发现，月球岩石和地球岩石在同位素方面有着惊人的相似度，这意味着月球和地球有着相同的组成。但这就带来一个问题：因为天体本身的元素含量会受到太阳风的影响，当初那个忒伊亚如果是外来的话，它最初距离太阳的位置和地球有着很大差异，所以在同位素方面它不应该与地球如此相似。这也成为了大碰撞假说目前遇到的主要问题之一。
上个月（2022 年 10 月）一篇发表在《天体物理学杂志快报》上的文章，研究人员对忒伊亚和地球之间的那次“天地大冲撞”给出了不一样的细节解释。他们通过计算机进行了上百次的模拟撞击，而且相较于以前的碰撞模拟，这次的模拟更注重碰撞的细节过程。
研究人员发现在大碰撞发生后，那些抛洒出来的物质或许并没有成为行星环，而是形成了两个相互比较独立的部分，一个离地球比较近，另一个则相对较远。远的那个由于超出了地球的洛希极限，所以不会被地球引力撕扯，久而久之就形成了后来的月球；而相对较近的那个则被地球的引力给扯碎，逐渐落回了地球。由于形成月球的那部分物质大部分都来源于地球，这或许可以解释大碰撞假说中的同位素相同问题。
其实关于大碰撞的具体细节，我们还可以从另一个地方找到线索，那就是月球背面。
我们知道，月球由于被潮汐锁定，它永远只有一个面朝向地球。面向地球的这面我们称其为正面，背对我们的则称为背面。
在人类发射月球探测器之前，我们一直以为月球的正面背面应该都差不多。但当第一次看到探测器传回的照片时，天文学家才惊讶地发现，月球的背面竟然如此的不一样。不像正面有着大块儿的盆地，月球背面是崎岖的高原地形。
通过探测器的引力测量，天文学家分析了月球内部的质量分布情况：正面的月壳平均厚度大约 30 公里，而背面的厚度则有 50 公里。
除此之外，通过对月球陨石的分析，人们还发现正面和背面的物质在化学成分上也有很大不同。
种种迹象表面，月球成为了“两面派”肯定和它当初的形成过程息息相关。这些差异也是大碰撞假说需要进一步解释和完善的地方。
其实目前已经有一些基于大碰撞假说的升级版理论。
比如有一种被称为“正面加热理论（Nearside heat theory）”。说是在大碰撞发生后，此时的月球和地球都处于熔融状态，尤其是地球，它就像一个超级大火炉，把旁边月球这个“小煤灰”烤的通红。不过月球背面因为背对着地球，所以它冷却得就会快一点，于是便形成了更厚的月壳。
你可能会说：地球的那点热量在地月这个距离上来说，会不会太微不足道了？
确实，以今天的地月距离来说，地球想把那么多的热量传递给月球确实不太可能。不过目前研究认为，月球可是正在以每年 3.83 厘米的速度远离地球。也就是说，在地月系统刚刚形成之初，它俩的距离曾经非常近，甚至只有地球直径的一两倍远。在那么近的情况下，月球正面是可以接收足够的热量，表面的火山活动也更为剧烈，这也是为什么今天我们在正面看到了大片的熔岩平原。
但是这个假说仍存在一些问题，比如说如果当初它俩真得挨得那么近的话，月球很可能就不会慢慢远离地球，相反它会逐渐靠近地球，最终撞上地球。
而另一个大碰撞假说的升级版，真就提供了一个“二次撞击（Second impact）”的假说。
这种说法认为：在第一次忒伊亚的大碰撞发生后，此时又有一个小天体迎面撞上了仍处于熔融状态的月球。随后溅射出的物质运动到了背面并沉淀了下来，从而形成了高原地形。而承受撞击的正面，由于地表被融化，所以导致了化学成分上存在差异。
但是这种猜想也有问题，比如撞击若是发生在熔融状态的早期，那么今天月球正面的撞击盆地应该早就被抹平了，不可能保留到现在。
和二次撞击假说类似，还有种假说认为：当大碰撞发生后，由地球周围碎屑形成的卫星并不只有一颗，而是两颗。由于这两颗卫星的运动速度存在差异，随后较小的那颗追尾了另外一颗大的。于是类似二次撞击假说，碰撞后小卫星的碎片溅落到了大卫星的另一面，后来二者融合在一起形成了最终的月球。
不管是哪种假说，对于月球正背面的差异以及起源问题，目前都还缺少实际证据。不过如今，随着各国探月计划的开展，将会为月球演化研究带来新的证据。
比如前两年我国的“嫦娥五号”就从月球带回了 1.73 公斤的月球样品。基于该样品，科学家在《自然》杂志连发三篇论文，把月球火山活动的持续时间一下向后推了 20 亿年，刷新了人类对月球演化的认知。但是小小的月球为何内部冷却得如此之慢，这成了困扰学术界的一个新问题。
但是没过多久，这个问题就被我国科学家解开了。研究人员通过对月球玄武岩样本分析后发现，这里面钙和钛的含量要比预想的多。因为玄武岩就是当初月表的岩浆冷却后形成的，所以这意味着岩浆在深入月幔的过程中，由于含有了比较多的钙和钛，所以月幔的熔点被大大降低了。
不光是我国，NASA 现在也将对当年阿波罗带回的已被封存了 50 年的月球样品计划重新开展研究。日后相信类似的关于月球演化的研究结果，将会越来越多。
不过目前我们获得的都还只是月球正面的样品，想要彻底解开月球起源之谜，对月球背面样品的分析必不可少。而在这方面，中国的“嫦娥四号”已经成为了首个登陆月球背面的探测器，随后的“嫦娥六号”更是计划完成对月球背面的采样返回任务。相信到时候，我们对月球起源真相的了解会更进一步。
本文来自微信公众号：Linvo 说宇宙 （ID：linvo001），作者：Linvo
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