制作月球:研究月球形成的新故事

【博科园-科学科普(关注“博科园”看更多)】西蒙·洛克想改变你对月球的看法。哈佛大学地球与行星科学系的一名研究生,洛克是一项研究的主要作者,该研究表明月球不是从碰撞的余波中分离出来——是由一种叫做“synestia”的巨大的、由多纳特形状的蒸发岩云形成的。2月28日发表在《地球物理学研究杂志:行星,是由莎拉·斯图尔特(加州大学戴维斯分校),Michail Petaev(哈佛大学),佐伊Leinhardt(布里斯托尔),米娅梅斯(布里斯托尔),斯坦雅各布森(哈佛)、和Matija?uk(SETI)。关于月球是如何形成的普遍公认的理论是,火星大小的物体与原地球相撞并将物质送入轨道。那块物质沉淀在一个圆盘上,后来形成了月球。撞击后留下的尸体是地球——这是20年来的典范。

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这是一个引人注目的故事,而且可能也不正确。在规范的场景中,将足够多的质量送入轨道实际上是非常困难的,而且可能会发生非常小范围的碰撞。只有几度的冲击角度和非常窄的尺寸……即使这样,一些影响还是不起作用。加州大学戴维斯分校的地球和行星科学教授斯图尔特说:这项新研究解释了月球的特征,很难用目前的想法来解决,这是第一个能与月球组成模式相匹配的模型。更重要的是测试表明,地球和月球的同位素“指纹”几乎相同,表明两者都来自同一来源。但在典型的故事中,月球大部分是由碰撞后的两个天体中的一个组成的。

但是地球和月球之间的相似之处也让人们对月球的起源问题产生了疑问,它们之间的差异也是如此。试验表明,在地球上相对常见的许多挥发性元素(如钾、钠和铜)中,月球的含量要低得多。这并不是一个好的解释,人们提出了各种各样的假说来解释月球是如何以更少的挥发物来结束的,但是没有人能够定量地匹配月球的组成。洛克和他的同事们所描述的场景仍然以巨大的碰撞开始,而不是制造一种岩石物质的圆盘,这种撞击创造了一个synestia。

这是巨大的,它可能是地球的十倍大,因为碰撞中有这么多的能量,也许地球上百分之十的岩石被气化了,剩下的是液体……因此从synestia中形成月亮的方式是非常不同的。它以一种“种子”开始——少量的液体岩石聚集在环状结构的中心。当结构冷却时,蒸发的岩石会凝结,并向synestia的中心降下。一些雨水流入月球,导致月球的生长。降雨的速度大约是地球上飓风的10倍。随着时间的推移,整个结构会收缩,月亮会从蒸汽中出来。最终整个synestia浓缩,剩下的是一个旋转的液体岩石,最终形成了我们今天所知道的地球。

整个过程发生得非常快,在短短几十年的时间里,月亮就从synestia出现了,而地球大约在1000年后形成。更重要的是,它解决了每个问题的标准模型的月亮的创造。由于地球和月球都是由相同的蒸发岩云产生的,所以它们自然会有相似的同位素“指纹”。与此同时月球上缺少挥发性的元素,可以解释为月球形成了几十个大气压和4000-6000华氏温度。基本上这是第一个能够解释并发症的模型,并且能够定量地解释。这是一种截然不同的形成月球的方式。只是不认为卫星在另一个身体内部形成,但这似乎是发生了。

虽然该模型似乎解决了一些长期存在的关于月球创造的问题,这项工作仍处于初步阶段,还需要做更多的工作来进一步完善这个模型。这是一个基本模型,已经计算了形成月球的每一个过程,并证明了这个模型是可行的,但是我们的理论有很多方面需要更多的审讯。例如当月亮在这个水汽中,它对蒸汽有什么作用?它是如何扰乱它的?蒸汽是怎样经过月球的?这些都是我们需要回去仔细研究的东西。


知识:科学无国界,博科园-科学科普

内容:经“博科园”判定符合今主流科学

来自:哈佛大学

编译:中子星

审校:博科园

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