月球形成的奥秘，竟然可能深埋在地球内部
佰思科学2021-04-10 18:28
月球是如何形成的？一直都是个引人入胜的话题。照理来说，太阳系内侧的四颗岩石行星，水星、金星、地球、火星，都不应该有卫星。具体原因很复杂，简单来说就是，由于这些行星距离太阳太近，因此卫星难以稳定存在。水星和金星都没有卫星，火星只有两颗很小的卫星，可能是火星后来俘获的。真正拥有大量卫星的大行星要从木星开始了。因此，地球能有月球这样的卫星，是一件很奇特的事情。
地球与月亮一般认为，原始地球在45.4亿年前形成的时候，地球是没有卫星的。月球在地球形成之后1-2000万年才出现。长期以来，关于月球的起源，至少有四种说法：
俘获说。即月球在其他位置形成之后被地球俘获。但实际上，月球这么大的天体被地球俘获是很难的。要么发生碰撞，要么被地球引力弹射到其他地方去了。更何况这个假说解释不了地球月球同位素组成相近的特点。所以此说可能性很小。分裂说。早期地球旋转速度很快，把自身物质抛射出去，形成了月球。查尔斯·达尔文的儿子乔治·达尔文提出此说，而且认为太平洋就是月球被抛出去之后留下的疤痕。然而，太平洋海底地层的年龄只有两亿年，远低于月球的年龄。更何况这个假说不能解释地月系的角动量特征。孪生说。月球和地球在太阳系的同一个区域形成。但这一假说无法解释地月角动量和月球的密度远低于地球的情况。大型撞击说。这是目前最流行的说法。地球形成之后不久，一个名叫忒伊亚的火星大小的星体与地球相撞。这个星体的大部分融入地球，同时地球上的轻质物质被抛入太空。经过约几十万年，在距离地面3万多公里远的地方，被抛出的物质逐渐凝聚形成了月球。这之后随着潮汐作用，地球将自身的角动量传递给月球，造成月球逐渐远离地球，目前月球距离地球38万公里。
地球与火星大小的星体发生惊天大撞击大撞击理论虽不完美，但是目前最能讲得通的理论。比如月球的密度远低于地球，就是因为抛出去的主要是轻质物质，而使得地球的密度超过了水星和金星达到最大。而且月球内部铁核的范围只有直径的25%，地球为50%，都可以用这个理论解释。
天体密度对比问题在于，忒伊亚在撞击之后去哪了？大部分忒伊亚的物质完全融合进地球了吗？实际上，人们很早就发现，在地球深处，地幔和地核交界地带，有一些很特别的区域，叫做大范围低剪切波速区域（Large Low-Shear-Velocity Provinces，LLSVP）。由于地球内部的信息只能通过地震波进行测量和推断，人们发现，地球内部有些区域，地震剪切波传播速度会变慢。这意味着这些区域的物质组成，与地球其他区域不同。
LLSVP区域（图中红色部分）在地幔中LLSVP主要集中在两个区域。一个是太平洋下面，另一个在非洲大陆下面。在水平方向，二者都延续了几千公里，比如太平洋区块的直径就有三千公里；而从地核-地幔交界处算起，厚度则有1000公里。计算表明，这些区域已经在地球内部稳定存在几十亿年了。因此，以前就有人猜测，这两块很大的LLSVP区域，是否和忒伊亚有关？是不是忒伊亚撞击地球之后，遗留在地球内部的物质？
地球、火星、月球大小比较前不久，美国亚利桑那州立大学的研究人员发表了一篇文章，他们进行了模拟仿真：假如忒伊亚的地幔物质的密度比地球高1.5~3.5%，撞击之后，忒伊亚的地幔物质就会慢慢沉积在一起，聚集在地核-地幔交界，占地球地幔物质的3~15%。这一数据与现在两大LLSVP占地幔约9%相符。按照这一模型，忒伊亚的地幔物质一直没有和地球的地幔物质充分融合，而是独立聚集在一起。
LLSVP的区域范围此外，地球上还有其他比较小的LLSVP区域。有人认为，那些地方是其他小型天体撞击导致的结果，相当于在地球内部埋藏着多个地外星体的遗骸。
月球和LLSVP的形成关于月球起源的更多证据，还可以从月球获得。在未来几年，人类将重返月球。届时会有更多的月球岩石被带回地球，进行分析。到了那时候，月球起源的真相会越来越清晰。
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