问题

月球真是自然形成的吗?

回答
月球的起源,是人类探索宇宙过程中一个既古老又充满魅力的谜题。对于“月球真是自然形成的吗?”这个问题,科学界的共识是,是的,月球是自然形成的,而且,目前最被广泛接受的理论是“巨型撞击说”。

要理解这个理论,咱们得把时间倒回到大约45亿年前,那时候的地球可跟现在咱们见到的样子大相径庭。当时的地球,还处于形成早期,地质活动非常剧烈,而且,宇宙中也充斥着各种大小不一的原始行星和星子。

就在那个混沌的时期,一颗跟火星大小差不多的原行星,被咱们科学家们形象地称为“忒伊亚”(Theia),在它绕着太阳公转的轨道上,与年轻的地球来了个惊天动地的“亲密接触”。这可不是小打小闹,而是一场惊心动魄的、斜向的、能量巨大的撞击。

你可以想象一下,当忒伊亚以一个非常高的速度撞上地球,尤其是以一个倾斜的角度撞击时,会发生什么?这次撞击的能量是难以想象的巨大,它把地球的外层,主要是地幔和地壳的部分物质,还有忒伊亚自身的大部分物质,一起从地球上剥离了出来。这些被甩出去的物质,在高能量和高温下变成了熔融的岩石和气体,它们形成了一个巨大的、围绕着地球旋转的碎片盘。

这就像是你在搅拌一杯水,水会因为离心力向外溅出一样,只不过这里的“搅拌器”是毁灭性的撞击,而“水”则是高温的岩石蒸汽。

紧接着,这些在地球轨道上旋转的碎片,因为引力的作用,开始慢慢地聚集、碰撞、吸积。就像是天上的星星在夜空中慢慢汇聚一样,这些高温的尘埃和岩石颗粒越聚越多,最终形成了我们今天所见的那个巨大的球体——月球。

当然,这个过程也不是一蹴而就的。最初形成的月球,表面温度极高,几乎是熔岩海覆盖。随着时间的推移,这些熔岩逐渐冷却、凝固,形成了月球最初的月壳。而月球的内部也经历了一个分异的过程,较重的物质沉降到底部,较轻的物质浮到上层。

为什么“巨型撞击说”能够被广泛接受呢?主要有几个证据支持它:

月球的成分非常接近地球的地幔成分: 阿波罗任务带回的月球岩石样本经过分析,发现它们的化学成分,特别是氧同位素的比例,与地球地幔的成分非常相似。这表明月球的大部分物质确实来源于地球。
月球的铁核非常小: 与地球相比,月球的铁核(核心)要小得多。这与“巨型撞击说”的预测相符,因为撞击剥离的主要是地球和忒伊亚的硅酸盐地幔,而更重的铁核则可能大部分留在了地球内部。
月球的角动量: 撞击的性质决定了地球月球系统的总角动量。根据计算,巨型撞击的轨道和碰撞角度可以很好地解释地球和月球目前的轨道和自转。
月球岩石中的挥发性元素含量低: 月球岩石中许多易挥发性的元素(如水)含量非常低。这可以解释为,在巨型撞击形成月球的过程中,极高的温度使得这些挥发性物质在碎片盘形成和月球聚集的过程中都蒸发掉了。

当然,科学的探索永无止境。虽然“巨型撞击说”目前是解释月球起源最主流的理论,但科学家们也在不断地完善和细化这个模型。例如,关于忒伊亚的确切大小、撞击的角度、撞击后形成的碎片盘的演化过程,以及撞击是否发生在地球形成后多久,这些细节都在被进一步研究和讨论。一些新的理论,比如“倾斜撞击吸积说”(Giant Impact with Core Assimilation)等,也在尝试解决现有模型中一些细微的矛盾。

但总体来说,我们所知的证据都指向了一个方向:月球并非凭空出现,也不是神话中的产物,而是由一场发生在遥远过去的、规模宏大的宇宙事件自然形成的。它见证了太阳系早期剧烈的形成过程,也承载着关于地球演化的重要信息,至今仍是我们了解宇宙和我们自身起源的重要线索。

网友意见

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反对高票 @飞花落雪 的回答,之前不是很想回答这个问题,因为很多方面我都已经在知乎回答过了,没有必要重复说一遍,读者有需求的自行检索即可。但看到 @飞花落雪 的回答上了知乎日报,为了避免误导更多人,还是觉得有必要指出其中的很多问题。

接受 @云舞空城 大大的建议,这一版改得温和了一点,恩。


1.月球的年龄是否超过了地球的年龄?

太阳系的年龄就不说了,差太多。第一点的核心其实在于月球和地球年龄的比较,而这个问题和岩石年龄没有必然联系,和不同定年法的准确性更没有什么关系了重点是:岩石的年龄不代表天体本身的形成年龄。

确实月球岩石的年龄比地球岩石的年龄大,但这并不意味着月球的年龄比地球的年龄大。因为地球的年龄压根就不是通过地球岩石的放射性定年测量的,而是通过对陨石的定年得到的(HaoX:地球的年龄是怎么得出的?),因为地球早已被一直没有停止的各种地质活动(板块活动、风化、火山、动植物活动)所重塑了,不是岩石的年龄小,而是已经找不到一块和地球同时形成的岩石了

目前主流的大撞击假说认为,月球的形成应该略晚于地球的形成,这个后面再说。


2. 同步自转

这点除了完全没解释之外结论没什么大问题,纠正两点:1、是太阳系中主要行星和离它们比较近的卫星都已达到同步自转,但不是所有卫星都达到了。2、并不是严格的“有一面永远朝向地球”,实际上由于月球本身的天平动(由于轨道自转轴、离心率等因素的微小变化引起的月球周期性摆动),实际能看到的总区域会比一半要多一点(约59%),这使我们得以看到位于月球背面的东方海。

同步自转的具体原理参阅haibaraemily: 揭开月球同步自转的“神秘”面纱, 这篇文章我算是拼了老命写的了,我相信关于同步自转的每一个小疑惑,我都仔细解答了。


3.1 月球内部是不是空心的?

问:月球内部是不是空心的? 答:怎么可能是空心的呢?我告诉你,地球就不是空心的,从外到内密度逐渐变大,这是常识!所以月球为实心!

Excuse me?你是不是在逗我?这个逻辑小学生也能知道不对吧!我固然可以理解“月球空心说”有多么荒谬,但这样毫无逻辑答非所问的回答方式也并没有解答这个问题啊。

这个问题的详细回答参阅haibaraemily:月球中心(月核)的密度是低于月幔的吗?,强调一点:月球内部也不完全是固态的,我们认为月球薄薄的月壳下面,至少有有上月幔、中月幔、下月幔(部分熔融层)、液态外核和固态内核这几个分层,至少下月幔和外核都不是完全固态的。


3.2 月球的陨石坑无论大小深度都很浅?

确实地球上的陨石坑相对于月球、火星要少得多,主要原因是:1. 地球有大气层保护,小撞击体进不来,2. 地球的表面重力更大,大的撞击坑很容易坍塌,3. 地表的侵蚀作用:风化作用是主因,其次是地壳活动,火山的影响并不大

这段简直要把我笑到炸裂!墨西哥尤卡坦半岛目前这个陨石坑早就被浅海形成的石灰岩沉积充填,再加上各种地质侵蚀,肉眼已经很难看出陨石坑的轮廓了,而这张图……是根据后来的研究数据推测的当时陨石坑的大小和形态的……假想图……

该区域的影像(左上)肉眼几乎看不出任何异常,只有重力异常图(右上)里才看出了这个弧形轮廓,后来的雷达高程图(左下)中可能略微看到一个弧形轮廓,以及发现了曾经的撞击坑边缘这一圈有溶洞(蓝色小点)(右下) 来源:维基和Chicxulub Impact Event

也正是因为肉眼几乎看不出异常,发现“这里曾经是一个巨大的撞击坑”并不是一件容易的事,事实上,这是1978年地球物理学家 Glen Penfield和Antonio Camargo在此处的地磁数据里发现了异常,然后又检查了1966年Robert Baltosser制作的这一区域的重力图,才发现了一段撞击坑的弧形轮廓的。当然后来发现这里有异常之后仔细找还是找到了一些新的证据的,比如雷达测高数据中可以看到轮廓,撞击坑边缘这一圈发现了大量溶洞等。

月球的陨石坑浅,是因为威力太大了我们肯定灭亡了所以我们就看不见了?且不说大撞击坑完全可以产生于人类诞生之前,所以跟人类灭不灭亡没有一毛钱关系,就算照这个逻辑:传说中灭亡恐龙的那颗小行星大约有10km,在地球撞出的陨石坑直径约180km;月球上最大的撞击坑南极艾肯盆地直径约2500km,推测的当时的撞击物直径有200km……这个威力不用我说吧…这么大也不可能看不见吧……

关于撞击坑的深浅详情可以参阅haibaraemily:为什么复杂撞击坑中央会有凸起?这个回答,强调一点:确实小撞击坑的相对深度比较深(深度/直径比接近0.2),而大撞击坑的相对深度要浅,这是因为大撞击坑的中心容易发生回弹,而且大撞击坑更容易因为重力而坍塌,导致内部再次被坍塌物填充,所以深度就显得小了。这个现象在地球上更加明显,因为地球的重力更大,只不过由于上面说到的原因,地球上产生和保留下来的撞击坑比较少而已。


4. 月球是否是地球捕获的? 5. 月球的起源

麻烦你把《普通地质学》里面讲到的“三种说法”po出来看看可以么?卫星捕获说和撞击说,一直就是卫星形成的两大主流假说(还有一个假说是共生说),“行星的卫星为捕获的学说都不成立”,我不相信哪本书敢这么说。实际上,大行星的一些体积比较小的、轨道倾角和离心率比较大的、轨道逆行的卫星,很多都认为是捕获的(参考木星和土星的不规则卫星)。尽管目前对月球来说确实撞击说是主流,但捕获说也还没有彻彻底底被排除,不过月球相对于地球有点大确实是月球捕获说一大难以解释的地方。

月球的大撞击假说认为,约45亿年前,一个火星大小的天体撞击地球,其碎片形成了后来的月球。而这次大撞击产生的热量也使得地球部分熔融,形成了全球性的“岩浆海洋”,并发生热分异。

想象中的形成月球的大撞击图景。


最后,只截图不说话……我想对答主说几句:我质疑你的专业性,并不因为你所犯的事实错误——没有人是全知全能的,而是你的逻辑链是否完备,思维是否严谨,无论对科研还是科普,是否求真、务实、广开言路、问过则改。

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