月球的起源仍然是个谜
年,英国天文学家乔治·霍华德·达尔文(GeorgeHowardDarwin)首次提出,地球和月球原本是一体的。他的假设是一个熔化的月球是由离心力抛出地球的。利用牛顿力学,达尔文发现月球在过去离地球更近,但逐渐远离地球。这种漂移后来被美国和苏联在月球上进行的激光测距试验证实。
然而,达尔文的计算未能解释月球的起源是如何从地球表面开始的。年,哈佛大学的瑞吉拉德·阿兹沃斯·达利(raygirardadsworthdarley)对达尔文的解释提出了挑战,他将其调整为另一种假说,即月球是由碰撞而非离心力产生的。达尔的想法直到年才被大多数天文学家普遍接受。
那么这个撞击地球并创造了月球的假想物体是谁呢?这是忒伊亚。根据巨大碰撞假说,忒亚和太阳系中的其他行星在46亿年前同时形成。然而,当忒伊亚的质量超过约10%的地球质量临界值后,忒伊亚轨道的稳定性受到影响,其他行星的引力扰动引起忒伊亚离开他们最初稳定轨道,后来它与原始地球的相互作用最终导致两个物体碰撞,时间大约是45.3亿年前到44.8亿年前。从天文学的意义上说,碰撞并不快,而且是以一个倾斜的角度发生的,而不是直线。撞击之后,忒亚的大部分地幔和大部分地壳和地幔被抛入围绕地球的轨道,撞击产生的物质在不到一个月零年内聚合形成了月球。计算机模拟显示,大约2%的忒亚原来的质量最终形成了环绕地球的一圈碎片,其中一半合并成月球。从这次碰撞中,地球获得了很多角动量和质量。无论碰撞前地球的自转和倾斜度如何,碰撞后地球上的白天增加了约5小时,地球赤道逐渐漂移到靠近月球的凸轮表面。
一些天文学家认为,碰撞还产生了其他重要的天体,它们可能在被其他行星的引力拉离地球之前,在地球和月球之间的轨道上停留了1亿年。阿波罗登月时收集的月球岩石为碰撞假说提供了间接证据——月球岩石中的氧同位素比例与地球岩石中的相同。月球地壳的斜滚动构成等指标也表明,月球曾经是熔化的,这一现象很容易用巨大的碰撞来解释。有很多证据表明,如果月球有一个富含铁的核心,它会很小,最大半径为25%。大多数其他类地行星有50%。此外,对太阳系外行星-恒星系统的观测间接证实了碰撞产生月球的可能性。
然而,碰撞假说仍有许多难以证明的地方。例如,月球的挥发性元素碰撞假说无法解释的,并没有证据表明地球曾经有岩浆海洋(如果有一个大碰撞创造了月球,地球上就不会有岩浆海洋当时),甚至有可能仍然是物质在地球上还没有处理的岩浆海洋。
除了碰撞假说之外,还有其他用来解释月球起源的假说。例如,月球是在别处形成的,后来被地球的重力场捕获,成为地球的卫星。月球和地球在同一时间同一地点形成于同一个吸积盘。然而,这些假说比碰撞假说更值得怀疑,因此不完全碰撞假说成为解释月球起源的最佳假说。无可否认,月球的起源仍然是个谜。
太阳系外行星
如果我们的太阳系有这么多色彩缤纷的卫星,那么在银河系数十亿个行星系统中,还会有什么奇怪的卫星世界存在呢?据估计,银河系中有数十亿个行星系统,其中一些气候相对温和、可能适宜居住的卫星正围绕太阳系外的一些巨行星运行。虽然我们不能指望在这些卫星上找到科幻电影中的外星人——否则他们早就来到地球了——但他们似乎是宇宙中最有可能孕育生命的地方之一。
乍一看,似乎很难探测到一颗行星绕着一颗遥远的恒星运行,但如果运气好的话,利用现有技术是有可能做到这一点的。最好的方法是寻找中天(也称凌日)。平均凌日是指行星直接穿过它所环绕的恒星,减少了我们在地球上探测到的星光量。利用这种方法,已经发现了几颗太阳系外行星,它可能间接揭示了太阳系外的卫星——这些行星的引力使它们在绕其轨道运行时加速或减速,从而改变了凌日的时间和持续时间。
卫星相对于行星越大,它对行星的影响自然就越大。在一个模拟中,在一颗恒星(即不太冷也不太热)的可居住区内,一颗海王星大小的行星可能有一颗地球大小的月球。开普勒卫星甚至地面望远镜都可以探测到这样一颗巨大的卫星经过地球的时间和持续时间的变化。这样一颗大卫星也可以容纳一个稠密的大气层,使生命得以存在。
太阳系卫星知道多少
太阳系的哪个卫星最大?那就是木卫三,它直径公里,比水星还要大。是月球的三倍大。它也是唯一一颗拥有强大磁场的卫星,这表明它有一个对流液态金属核。太阳系有多少卫星?超过颗太阳系卫星已经被命名,但真正的数字取决于你如何定义它们。天文学家还没有定义一个卫星的最小尺寸,所以如果你想把围绕行星运行的任何大小的固体(比如土星环上的每一个冰晶)算作一个卫星的话。所以卫星的数量是无限的。