月影传说
　　——追溯月球的起源

　　　　 碧声

  

　　这温柔的清辉所博取的吟咏、叹息与眼泪，连伟大的太阳也
莫能与并吧，这并不仅仅因为月亮是古典宇宙观解体之后地球仅
剩的唯一忠实追随者。我们向它发射了许多架飞船，在上面踩下
了一些脚印，万里迢迢运回来几百公斤岩石和尘土。相比其它天
体，我们对月球已经够了解了，然而，对“月亮从哪里来”这个
问题，却长久地交不出一份像样的答卷。

　　《旧约·创世纪》说，月亮是神在第二天创造的，类似的答
案还可以方便地解决地球、人类及一切东西的起源问题，不过这
个简单明了的理论无助于了解月球的性质与运动规律，天文学家
懒得去理会它。“月亮是外星人的飞船”是飞碟迷们津津乐道的
一个说法，中文搜索引擎找出的月球起源文章倒有一大半是这个，
可惜这个浪漫理论似乎迄今并未得到实在的证据支持。

　　一个合格的月球起源理论，应当至少能解释以下事实：

　　◇月球的密度为３．３克／立方厘米，只等于地球的３／５。
这意味着它内部可能没有铁核，与地球不同。
　　◇月球覆盖着一层像玻璃一样的东西，没有水的痕迹，也没
有其它易挥发的物质，看起来像是被“烘烤”过。
　　◇月球的氧同位素相对丰度与地球相同。这表示月球与地球
是在离太阳差不多远的距离上形成的。

　　人们通常认为，太阳系起初是一团气体尘埃云，在自身引力
或邻近超新星爆发等因素的影响下，它开始向中心坍缩，稠密的
核心变为原始太阳，周围一层薄薄的物质圆盘分裂、凝结成各大
行星。一个非常自然的假设认为，月球是在此过程中与地球差不
多同时诞生的，与地球是亲密的双生姊妹。徜若如此，月球的成
分应当与地球基本相同，然而事实并非如此。因此，这个假说尽
管看上去很美，也只能被抛弃。

　　另一种说法是，月亮原是来自太阳系其它地方的一个星际浪
子，偶然经过地球的身旁，被后者的引力所俘获，从此安定下来。
然而计算表明，要捕获月球这样大的一个天体并使它在近似圆形
的环地轨道上运行，必须在非常合适的角度与时机发生命运的相
逢，这种可能性实在是太小了。再说，氧同位素的丰度使人们倾
向于认为月球并不是从远方来的。

　　自行车轮在泥泞的地上辗过时会甩出一片泥点。说月亮就是
地球转得太快时甩出去的一大块泥巴，似乎有点疯狂。这个假说
一度拥有不少支持者，因为甩出去的部分属于地幔，与地心的铁
核无关，这可以回避掉月球含铁量低的问题。此外，有人说月球
差不多刚好可以填进太平洋。然而，地质学家有很不错的理论来
解释海洋的成因，其中没月亮什么事。而且，把现在地球和月球
的角动量加在一起，可以算出当初的地球大概每８小时自转一周，
然而要能够甩出月亮来，地球的自转要快到每２小时一周才行。

　　一个更疯狂的理论出场了。４５亿年前，一颗火星那样大的
行星撞上地球，其惊天动地的程度远远超过结束恐龙时代的那次
相撞事件。撞击抛出大量的行星外层物质，它们在环绕地球的轨
道上逐渐凝结成为月球。相撞产生的高热可以说明月球表面为什
么像是被烘烤过；氧同位素丰度类似则可用大部分物质来自地球
来解释。如果相撞发生在地球已经基本成型——也就是说，大部
分的铁已经陷落到核心处、地幔里含铁量较少——的时候，铁核
的问题也可以从容地解决。
　  
　　左图：1981年Natural History杂志封面图片，Hartmann作
　　右图：计算机模拟相撞后半小时的情景，Hartmann作

　　大冲撞假说是1975年由William K. Hartmann和Donald R. Davis
首次提出的。它看上去相当富有戏剧性，在符合事实的程度上倒
比以前的假说都强些。剩下的，就是看这场轰轰烈烈的恋情究竟
是否可能发生。在太阳系形成早期，这种相撞事件并不稀奇。不
过早先进行的一些定量分析表明，为了形成现在的月球，当初的
相撞过程必须具有一些难以达到的苛刻条件，例如相撞的天体非
常大、发生多次撞击等。或者要求地球尚处于体积比现在小得多
的幼年状态，但那时地球的铁元素还没有沉降到地心，形成的月
球必然含有大量的铁——好不容易解决掉的铁核问题又阴魂不散
地回来了！

　　美国科罗拉多州西南研究所的Robin Canup等人为大冲撞假说
注入了新的活力。他们把地球和与之相撞的天体划分为２万多个
部分，分析相撞时各部分之间的压力、引力等相互作用及温度升
高的现象，用计算机模拟不同初始角度和速度下的相撞过程，从
中寻找比较合适的方案。每一种可能性，都要在工作站上算好几
天甚至几个星期。
　　　　　  　　　　　　　　月球从物质环中形成，Hartmann作

　　结果表明，已经基本成型的地球与一个火星大小的天体斜斜
地相撞，能抛出足够多的物质形成现在的月球。相撞所需的初始
条件并不像旧模型认为的那样严格，也就是说，通过大冲撞产生
月球的过程变容易了。

　　这一成果发表在2001年8月16日的英国《NATURE》杂志上。
对于月球起源理论，它究竟是一小步、还是一大步呢？局限性当
然总是有的，如果有更强大的计算机，可以对这个模型再作改进。
不过最重要的，或许是继续对月球结构和成分作进一步探测，以
此为依据构建更好的模型吧。但是，由于太阳系的天体运动具有
混沌特征，初始条件相差毫厘，结果就可能谬以千里，准确地重
现月球形成过程将是一件极为困难的工作。我们所能做的，只是
不断地提出一些更符合事实的猜测罢了。