月球的起源

月球的起源泛指任何解释地球的天然卫星月球起源的理论，目前居于主导地位的是巨大撞击假说（GIH）。然而，月球起源研究仍在持续进行，并且仍有大量的变化。其它起源方案亦包括了捕获、分裂、孪生（凝结理论）、星子（类似小行星的小天体）碰撞、和碰撞理论。标准的GIH提出一个火星大小、称为忒伊亚的天体撞击地球，创造了大量碎片环绕地球，然后形成地月系统。然而，月球的氧同位素比率基本上与地球相同。氧同位素的比率，可以非常精确的测量，是太阳系每个天体独特且鲜明。如果忒伊亚曾经是一个独立存在的天体，作为喷出的混合材料，它可能会有与地球不同的氧同位素。此外，月球的钛同位素比率（50Ti /47Ti）也与地球非常接近（在4ppm内），这点显示碰撞物体的质量可能只是月球的一小部分。长期以来，碰撞理论面临的挑战之一就是，火星大小天体的撞击，其组成可能会与地球有着极大的不同，这会造成地球和月球的化学组成有所差异，但它们并非如此。一些理论已经说明在46亿年前，太阳系刚形成的时候，地球基本上还是熔岩，也没有大型的卫星。忒伊亚，一颗大小如同火星的原行星，以某种形式击中地球，并使地球喷出大量的物质。这些喷出物有些逃逸进入太空，但是其余的经过重整后在环绕地球的轨道上合并成一个单一的固体，从而创造出月球。这个假说需要一个大小是目前地球90%的天体，和另一个直径如同火星大小的天体（地球半径的一半和十分之一的质量）发生碰撞。这个碰撞的天体被称为忒伊亚，源自希腊神话中月神的母亲，女神忒伊亚。这种尺寸的比率是为了产生足够的角动量，以匹配当前系统轨道的需要。这样的撞击将有足够的质量被送入环绕地球的轨道，最终得以积累形成月球。电脑模拟显示需要偏斜的撞击，形成长的臂状体，然后剪下其中部分的物质形成月球。不对称的地球形状使得碰撞后的物质沉降在主要物质团块周围的轨道上。这次碰撞产生的能量惊人，可能会蒸发和融化数万亿吨的物质，地球部分地区的温度可以高达10,000℃（18,000℉）。月球相对较小的铁核被解释为忒伊亚的铁核沉降至地球的核心；月球样品中缺乏挥发性物质也被解释是碰撞的能量导致。当在轨道上环绕地球的物质再吸积时，释放出的能量已经足以融化月球的物质，导致岩浆海的生成。新形成的月球在今天距离十分之一的轨道上环绕着地球，由于潮汐摩擦将自转的角动量传递给月球的轨道，使地月之间的距离逐渐增加。一路以来，月球的自转被地球潮汐锁定，所以月球始终以同一面朝向地球。同样的，月球也会和当时较小的地球卫星碰撞并吸纳这些卫星，并共享组成地球的化学元素， 包括同位素的丰度。月球的地质一直以来越来越独立于地球之外。虽然这一假说解释了地球-月球系统的许多面，但仍有一些未能解决的问题，像是月球的挥发性物质未能如预期地在碰撞的能量中消耗殆尽。另一个问题是月球和地球的同位素比较。在2001年，月球同位素最精确的测量结果被发表。出人意料的是，阿波罗的月球样本与地球岩石的同位素相同，而不同于太阳系其他的天体。因为理论假设进入环绕地球轨道并形成月球物质的，大部分来自忒伊亚，因此这观测结果是出乎意料的。在2007年，来自加州理工学院的研究人员表明，忒伊亚有着与地球相同同位素的可能性低于1%。在2012年，阿波罗月球样本的钛同位素分析显示，月球和地球的组成相同，这与月球（忒伊亚）形成于远离地球轨道的大撞击说矛盾。为了解释这个问题，2012年下半年新的理论被发表，这两个相撞天体的大小都是火星的5倍，并且再度的碰撞，形成大盘面的碎片，最终形成了月球。这篇论文是罗宾·克纳发表的形成月球类似地球的大碰撞。在2012年后期，对月球上锌同位素枯竭的研究，支持月球和地球起源于大碰撞。在2013年，一份研究报告指出，在月球岩浆中基于同位素以区别碳质球粒陨石的水，与地球的几乎一样。在2013年9月，GIH理论再度受到挑战，使月球的起源感觉变得越来越复杂。另一个可能性是在大碰撞之前，地球有一个或多个普通的卫星，共享着相同的组成。在碰撞之下，月球在比其它的卫星都更靠近地球的地方形成，然后盘旋著向外移动，并与其它的卫星发生碰撞。如果月球的质量比其它的卫星巨大，它对地球的潮汐效应会比较大，也会加速向外盘旋的移动。这导致了月球被和地球有着相同成分的卫星物质覆盖着。在捕获说中，月球是被地球捕获，两者处于陌生人的关系。这种说法在1980年代之前非常流行，这个模型可以说明月球的大小、轨道和潮汐锁定，因而得到一些厚爱。然而，这个假说未能解释捕获的机制。由于与地球近距离的接触，通常会导致碰撞或轨道的改变，故此在这一假说中需要有一个过大的大气层包覆着原始的地球，在月球逃逸之前能够减缓它的速度。这个假说也可以解释木星和土星的不规则卫星轨道。此外，这个假说也解释不了为何地球和月球存在着基本相同的氧同位素比率。这是现在已经不被采信的假说，其假设地月是母子关系，古代飞速自转的地球抛出了一部分的质量而形成月球。这是查理斯·达尔文（著名的生物学家达尔文的儿子）在19世纪提出的，在阿波罗登月之前都很流行。在1925年，奥地利的地质学家Otto Ampherer也提出月球是导致大陆漂移的原因。这个假说提出太平洋是大量地球物质抛出后形成的痕迹。然而，如今众所周知的是这个海洋的外壳是很年轻的，只有2亿年的岁月，相较之下月球的年龄大太多。月球并不是起源于海洋地壳的地幔物质，而是起源于原始地球的寒武纪年代之前。然而，即使太平洋是由月球的分裂创造出来的，也不能证明分裂说的假说是对的，因为这个假说也不能解释地-月系统的角动量 。孪生说的假说认为，地球和月球是从太阳系原始的吸积盘中一起诞生的兄弟星球。此一假说的问题是它不能解释地-月系统的角动量，以及月球为何有个相较于地球较小的铁核（月球核心的半径占整个月球半径的25%，而地球是50%） 。在2011年，曾推测在45亿年前有第二颗卫星存在着，而后者和月球碰撞，成为月球形成时吸积的一部分。另一种假说，提出地球的卫星是来自于金星。