月球可能是星球撞击地球几小时后形成的 成份与地球类似

10月5日，据美国宇航局（NASA）昨天发布的一份研究报告显示，月球可能是在象火星大小的星球撞击地球后几小内后形成的，其化学成份与地球类似。

数十亿年前，一个看起来与我们今天生活的地球完全不同的地球版本被一个与火星大小相当的物体击中，称为忒伊亚（Theia）——在这次碰撞中形成了月球。这种形成究竟是如何发生的，是研究人员几十年来一直研究的一个科学难题，但没有一个确凿的答案。

大多数理论声称月球是由这次碰撞的碎片形成的，在轨道上经过数月或数年的时间合并。一项新的模拟提出了不同的理论——月球可能在几个小时内立即形成，当时来自地球和忒伊亚的物质在撞击后直接发射到轨道上。

“这为月球演化开辟了一个全新的可能起点，”位于加利福尼亚硅谷的美国宇航局艾姆斯研究中心（Ames）的博士后研究员、发表在《天体物理学杂志快报》上的有关这些结果的论文的主要作者雅各布·凯格瑞斯（Jacob Kegerreis）说，“我们进入这个项目之前并不知道这些高分辨率模拟的结果究竟是什么。因此，除了标准分辨率可能会给你带来误导性的答案这一大开眼界之外，更令人兴奋的是，新结果可能包括一颗诱人的类似月球的卫星在轨。”

本研究中使用的模拟是同类中最详细的模拟，以任何模拟运行的最高分辨率运行，以研究月球的起源或其他巨大的影响。这种额外的计算能力表明，较低分辨率的模拟可能会错过这类碰撞的重要方面，从而使研究人员能够以以前研究无法看到的方式看到新行为的出现。

行星历史之谜

了解月球的起源需要利用我们对月球的了解——我们对其质量、轨道和月球岩石样本的精确分析的知识——并提出可能导致我们今天所见的情景。

以前流行的理论可以很好地解释月球特性的某些方面，例如它的质量和轨道，但也有一些主要的疑问。一个突出的谜团是为什么月球的成份与地球的成份如此相似。科学家们可以根据其同位素特征来研究材料的成份，这是一个关于物体是如何以及在何处被创造出来的化学线索。科学家们已经能够在实验室研究的月球样本显示出与地球岩石非常相似的同位素特征，这与来自火星或太阳系其他地方的岩石不同。这使得构成月球的大部分物质很可能最初来自地球。

在之前的情景中，忒伊亚喷入轨道并仅与来自地球的少量物质混合，我们不太可能看到如此强烈的相似性——除非忒伊亚在同位素上也与地球相似，这不太可能是巧合。在这个理论中，更多的地球物质被用来创造月球，特别是它的外层，这有助于解释这种成份的相似性。

已经提出了其他理论来解释这些组成上的相似性，例如Synestia模型——月球是在碰撞后蒸发的岩石漩涡中形成的——但这些理论可以说难以解释月球当前的轨道。

这种更快的单阶段形成理论为这两个突出问题提供了更清晰、更优雅的解释。它还可以提供新的方法来寻找其他未解之谜的答案。这种情况可以使月球进入一个内部未完全熔化的宽轨道，这可能解释了月球倾斜的轨道和薄地壳等特性——使其成为迄今为止对月球起源最有吸引力的解释之一。

更接近确认这些理论中的哪一个是正确的，需要分析未来带回地球的月球样本，以便从美国宇航局未来的阿尔忒弥斯（Artemis）任务中进行研究。随着科学家们获得来自月球其他部分和月球表面以下更深处的样本，他们将能够比较真实世界的数据如何与这些模拟场景相匹配，以及它们表明月球是如何演变的亿万年的历史。

一个共同的起源

除了简单地了解更多关于月球的信息之外，这些研究还可以让我们更接近于了解我们自己的地球是如何成为今天这个孕育生命的世界的。

杜伦大学（Durham University）研究员、该论文的合著者文森特·埃克（Vincent Eke）说：“我们对月球是如何形成的了解得越多，就越能发现我们自己的地球的演化。它们的历史是相互交织的——并且可以在其他行星因类似或非常不同的碰撞而改变的故事中得到呼应。”

宇宙充满了碰撞——撞击是行星体形成和演化的重要组成部分。在地球上，我们知道忒伊亚的影响和其历史上的其他变化是它如何能够收集生命所需材料的一部分。科学家们越能模拟和分析这些碰撞中的作用，我们就越能准备好了解一颗行星如何演变成像我们自己的地球一样适合居住。

这项研究是艾姆斯和杜伦大学之间的合作努力，得到了计算宇宙学研究所行星巨行星撞击研究小组的支持。所使用的模拟是使用开源SWIFT（具有相互依赖的细粒度任务的SPH）代码运行的，该代码在由杜伦大学主办的DiRAC（利用高级计算的分布式研究）内存密集型服务（“COSMA”）上执行代表DiRAC高性能计算设施。