地球从太空中俘获了月球而不是由碰撞粒子形成

0 cnBeta.COM 2024-10-04 01:06:38

摘要：

研究表明，地球从太空中俘获了月球，而不是在行星形成过程中由碰撞粒子形成了这颗岩石卫星。这一理论得到了天体力学和其他卫星（如海王星的海卫一）证据的支持，表明月球轨道受潮汐力的影响而不断变化。

关于月球起源的早期发现和理论

1969 年至 1972 年间，宇航员在六次阿波罗任务中取回了 800 多磅月球岩石和土壤。分析表明，这些样本与地球的岩石和土壤惊人地相似，其特点是富含钙质和玄武岩成分，可追溯到太阳系形成后的大约 6000 万年前。

这使得行星科学家在 1984 年夏威夷科纳会议上得出结论：月球起源于与新生地球碰撞产生的碎片。

科学界流行的理论认为，月球是由新生的地球和一个火星大小的天体之间的灾难性碰撞残留物形成的。根据这一理论，这次巨大撞击产生的碎片在重力作用下逐渐融合，形成了现在地球唯一的天然卫星。图片来源：NASA/JPL-CalTech/T. Pyle

但据宾夕法尼亚州立大学的两位研究人员称，这可能并不是月球真正的起源故事。宾夕法尼亚州立大学贝伦德分校天文学和天体物理学教授达伦-威廉姆斯（Darren Williams）和宾夕法尼亚州立大学应用研究实验室高级研究工程师迈克尔-祖格（Michael Zugger）9月24日发表在《行星科学杂志》上的最新研究提供了另一种可能性：月球是在年轻地球与地球双星--月球和另一个岩石天体--近距离相遇时被捕获的。

月球轨道动力学的新见解

威廉姆斯说："科纳会议为40年来的发展奠定了基础。但问题依然存在。例如，由行星碰撞形成的卫星，在碎片聚集成环的过程中逐渐成形，应该在行星赤道上方运行。地球上的月球运行在另一个平面上。月球与太阳的距离比与地球赤道的距离更一致。"

宾夕法尼亚州立大学贝伦德分校天文学和天体物理学教授达伦-威廉姆斯（Darren Williams，图中）和宾夕法尼亚州立大学应用研究实验室高级研究工程师迈克尔-祖格（Michael Zugger）的最新研究为月球的形成提供了一种新的可能性：当两个天体经过年轻得多的地球附近时，发生了二元交换捕获。图片来源：宾夕法尼亚州立大学贝伦德分校

替代理论与天体力学

研究人员说，在另一种双星交换捕获理论中，地球的引力分离了双星，俘获了其中一个天体--月球--并使其成为一颗卫星，在其当前的平面上运行。

威廉姆斯说，有证据表明这种情况发生在太阳系的其他地方，他指着海王星最大的卫星海卫一说。该领域的主流假设是，海卫一是从柯伊伯带被拉入轨道的，在柯伊伯带，每10个天体中就有一个被认为是双星。海卫一以逆行轨道围绕海王星运行，与海王星的自转方向相反。它的轨道也明显倾斜，与海王星赤道成 67 度角。

被捕获天体的影响

威廉姆斯和祖格确定，地球可能俘获了一颗比月球还要大的卫星--一颗与水星甚至火星大小相当的天体--但由此产生的轨道可能并不稳定。

问题在于，"捕获"轨道--月球所遵循的轨道一开始是一个拉长的椭圆，而不是一个圆。随着时间的推移，受极端潮汐的影响，轨道的形状发生了变化。

月球轨道的长期变化

威廉姆斯说："今天，地球潮汐走在月球前面。涨潮加速了轨道。它给了月球一个脉冲，一点点的推动，随着时间的推移，月球会漂得更远一些。"

如果月球离地球更近，效果就会相反，就像它刚被俘获时那样。通过计算潮汐变化以及轨道的大小和形状，研究人员确定，月球最初的椭圆轨道在数千年的时间尺度上收缩了。轨道也变得更加圆润，绕其轨道旋转，直到月球自旋锁定在环绕地球的轨道上，就像今天这样。

此时，潮汐演化很可能发生逆转，月球开始逐渐远离。

重新思考月球的形成与未来研究

月球每年都会远离地球 3 厘米。月球目前与地球的距离为 239000 英里，现在它能感受到来自太阳引力的巨大牵引力。