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大碰撞說

Wikipedia · 2026-07-30 维基百科 👁 1 阅读

之間的這種撞擊很可能形成了月球。]]

展示的地球地幔中的两个大型低剪力波速群（LLSVP），被怀疑是忒伊亚撞入地球后其地幔下沉在核幔边界的残留]]
大碰撞說（），有時被稱為大飛濺（）或忒亚撞擊（），是行星地质学上用来解释月球的起源的一个科学假说，最早由加拿大地质学家雷金纳德·戴利于1946年提出。大碰撞说认为月球是由原始地球和同轨道的一个火星大小的矮行星之間发生碰撞造成的噴出物再次吸积形成的，时间大約在45億年前的冥古宙初期，即太陽系凝聚成后約2,000至5,000萬年。这个撞地球的天体有時被以希腊神话中月亮女神塞勒涅之母的泰坦——忒亚命名。有證據支持這一假設：

  • 月球公轉方向與地球的自轉方向基本一致。據預測，這樣一次巨大撞擊的能量會加熱地球，產生一個全球性的，有證據表明，較重的物質下沉到地函中，從而導致行星分化。然而，沒有一個獨立的模型從巨大撞擊事件開始，並遵循碎片演變成單一個月球的過程。其他懸而未決的問題包括月球何時失去了揮發性元素的份額，以及為什麼金星在形成過程中經歷了巨大的撞擊它在形成過程中經歷了巨大的撞擊沒有類似的衛星。

歷史
1898年，喬治·達爾文提出地球和月球曾經是一個整體。達爾文的假設是，熔融的月球是由於離心力而從地球上旋轉出來的，這成為了主流的學術解釋。}}

特亞
特亞名稱取自古希臘泰坦神話中的泰坦女神忒亚，她是塞勒涅（月亮女神）的母親。從天文學的角度來看，撞擊的速度是溫和的。特亞被認為是在地球幾乎完全形成時以斜角撞擊地球的。對這種「後期撞擊」場景的電腦模擬表明，撞擊器的初始速度在「無窮遠」處（足够遠，引力不是一個因素）低於，在撞擊時隨著接近而增加至，撞擊角約為45°。特亞的鐵核會沉入年輕的地核，而特亞的大部分地函則會附著在地球的地函上。然而，來自特亞和地球的地函物質的很大一部分會被噴出進入繞地球軌道（如果以軌道速度和脫離速度之間的速度噴出）或進入繞太陽的獨立軌道（如果噴出速度更高）。

建模。
月球岩漿無法穿透背面的厚地殼，導致月海减少，而正面的薄地殼顯示出從地球上可以看到的大片月海。

在模擬的高解析度閾值的情况下，2022年發表的一項研究發現，巨大的撞擊可以立即將質量和鐵含量與月球相似的月球送入地球洛希極限之外的軌道。即使是最初通過洛希極限的衛星，也可以通過部分剝離，然後扭轉到更寬、穩定的軌道上，可靠地、可預測地存活下來。此外，這些直接形成的衛星外層在較冷的內部熔化，由大約60%的原地球資料組成。這可以緩解月球類地球同位素組成與撞擊器預期的不同特徵之間的緊張關係。立即形成為月球的早期軌道和演化開闢了新的選擇，包括使用高度傾斜的軌道來解釋月球傾斜的可能性，並為月球的起源提供了一個更簡單的單階段場景。

組成
2001年，華府卡內基研究所的一個團隊報告稱，阿波羅計畫的岩石攜帶的地球岩石相同，與太陽系中幾乎所有其他天體都不同。差異雖然小，但具有統計學意義。一種可能的解釋是特亞是在地球附近形成的。

經驗顯示，這些成分非常相似的數據只能用標準的巨大撞擊假說來解釋，因為在碰撞之前，兩個物體的成分極不可能如此相似。

平衡假說
2007年，加州理工學院的研究人員表明，特亞與地球具有相同同位素特徵的可能性很小（不到1%）。

聯合體假說
2018年，為了使碰撞產物均勻化，一項努力是通過更高的碰撞前轉速為原地球提供能量。通過這種管道，來自主體的更多物質將被剝離出來形成月球。進一步的電腦建模確定，觀測結果可以通過讓前地球天體快速旋轉來獲得，旋轉速度如此之快，以至於它形成了一個新的天體，並被命名為「聯合體」（）。這是一種不穩定的狀態，可能是由再一次碰撞產生的，以使旋轉足够快。對這種瞬態結構的進一步建模表明，作為甜甜圈形狀物體旋轉的主體（聯合體），在它冷卻並誕生地球和月球之前，存在了大約一個世紀（很短的時間）。

陸地岩漿海洋假說
2019年，另一個解釋地球和月球組成相似性的模型假設，在地球形成後不久，它仍被覆蓋，而撞擊物體很可能由固體物質組成。建模表明，這將導致撞擊對岩漿的加熱遠遠超過撞擊的固體物體，導致更多的物質從原地球噴出，因此約80%的月球形成碎片來自原地球。而許多先前的模型表明，月球80%來自撞擊體。

碰撞的證據
巨大撞擊場景的間接證據來自阿波羅登月期間收集的岩石，這些岩石顯示氧同位素的比率與地球的比率幾乎相同。月球地殼的高度斜長岩成分，以及富含克里普礦物樣本的存在，表明月球的大部分曾經是熔融的；巨大的撞擊場景很容易提供形成這樣一個岩漿海洋所需的能量。幾條證據表明，如果月球有一個富含鐵的核心，那麼它一定是一個小核心。特別是，月球的平均密度、慣性矩、旋轉特徵和磁感應響應都表明，其核心半徑小於月球半徑的約25%，而其它大多數類地天體的核心半徑比約為50%。從碰撞的各種條件可以發現，月球的成分主要來自地球和撞擊體的地函，而撞擊體的核心與地球結合，這假設能滿足地球-月球系統的角動量分配；考慮到早期地球和特亞的擬議性質，撞擊體核心的吸收解釋了這一觀測結果。

月球樣品的鋅同位素組成與地球和火星岩石的同位素組成的比較，為撞擊假說提供了進一步的證據。行星岩石中的成分揮發時，鋅有著强烈的，但不是在正常的火成過程中，因此，鋅的豐度和同位素組成可以區分這兩種地質過程。與相應的火成地球或火星岩石相比，月球岩石含有更多的重鋅同位素，總體上鋅含量更少，這與巨大撞擊起源所預期的鋅通過蒸發從月球中耗盡一致。

溫暖的富含二氧化矽的塵埃和豐富的二氧化矽氣體，是岩石體之間高速撞擊的產物，已被史匹哲太空望遠鏡在附近（距離29pc）的繪架座β移動星群中，年輕的（約1,200萬歲）恆星HD 172555周圍探測到。

困難點
目前主流的月球起源假說有一些困難尚未解决。例如，大碰撞假說意味著撞擊後會形成一個覆蓋表面的岩漿海。然而，沒有證據表明地球曾經有過這樣的岩漿海，而且地球上存在一些從未受岩漿海影響的物質。

  • 月球的氧化鐵（FeO）含量（13%）介於火星（18%）和地球的地函（8%）之間，排除了大部分原月球物質來自地球地函的可能性。

欠缺衛星的金星
如果月球是由這樣的撞擊形成的，那麼其它內行星也可能受到類似的撞擊。通過這個過程在金星周圍形成的衛星不太可能逃脫。如果在那裡發生了這樣的衛星形成事件，那麼金星為什麼沒有這樣的衛星，可能的解釋是可能發生了第二次碰撞，抵消了第一次碰撞產生的角動量。

其它的假說
在不同時期提出的月球起源的其它機制是，月球是由離心力從地球熔融表面旋轉出來的

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進階讀物
Academic articles

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  • Berlin 2012, .

Non-academic books

  • Dana Mackenzie, The Big Splat, or How Our Moon Came to Be, 2003, John Wiley & Sons, .

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外部連結

#太陽系動力學 #地球科學 #月球科學 #假設撞擊事件

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