張唯誠

一顆假想的原行星“忒伊亞”用碰撞的方式“創(chuàng)造”了月亮

月亮之母

古希臘神話中有一個泰坦女神，名為“忒伊亞”。傳說中，忒伊亞和她的兄弟許佩里翁生了3個孩子，他們分別是“太陽神”赫利俄斯、“月亮女神”塞勒涅和“黎明女神”厄俄斯。根據(jù)這個神話故事，忒伊亞就是“月亮女神”塞勒涅的創(chuàng)造者，是她孕育了塞勒涅。在天文學(xué)領(lǐng)域，當人們談到月亮的起源時，就會想到“忒伊亞”這個名字，它是指人們猜想中的一顆神秘的星球。據(jù)說45億年前，原始的太陽系里存在過一顆“原行星”，它屬于一種“行星胚胎”，由個頭很小的被稱為“星子”的微行星在引力的作用下相互碰撞聚集而成。在周圍天體的擾動下，原行星又在相互碰撞和聚集中逐漸形成了真正的行星。

45億年前的那顆原行星的大小和現(xiàn)在的火星差不多，由于周圍天體的引力作用，它偶然脫離了原來的軌道和地球發(fā)生了碰撞，那次碰撞極其劇烈，足以使地球的相當一部分融化和氣化。

于是，地球的一部分被拋入太空，那顆原行星也破碎了，二者的碎片一起環(huán)繞在地球的周圍，并聚合成了地球的衛(wèi)星——月亮。由于那假想中的原行星用碰撞的方式創(chuàng)造了月亮，所以科學(xué)家們就用“月亮女神”的母親的名字命名了它，稱它為“忒伊亞”。

根據(jù)計算機模擬，月亮剛誕生時距離地球很近，大約距地球僅2萬千米。但經(jīng)過45億年地月之間引力和潮汐作用的影響，它現(xiàn)在已移動到距離地球38萬千米之外的位置了。

這個有關(guān)月亮誕生的描述只是一個猜想，被稱為“大碰撞說”。它與另外三種有關(guān)月球起源的假說一起組成了解釋月球起源的著名的“四大假說”，其余的三種假說分別是“同源說”“分裂說”和“俘獲說”。其中，“同源說”認為，地球和月亮都是由太陽系星云吸積而成的；“分裂說”認為，月亮是由地球甩出去的一部分物質(zhì)形成的；而“俘獲說”則認為月亮是在靠近地球時被地球“俘獲”的。

雖然四種假說各有道理，但都沒有最終獲得證實，只是很多科學(xué)家認為，在目前看來，“大碰撞說”最為可信，但“大碰撞說”也沒有獲得證實?！斑羴啞闭娴拇嬖谶^嗎？大碰撞真的發(fā)生過嗎？

啟動了板塊運動

假若“大碰撞說”是真實可信的，那么它就一定會以一種不同于另外三種假說所描述的方式去影響地球的演化。

近來，科學(xué)家們通過計算機模擬的方式對“大碰撞說”進行了進一步的研究。他們發(fā)現(xiàn)，那次碰撞不僅可以解釋地球如何擁有了月亮，還給地球上的板塊運動提供了一個簡潔的解釋。而且，如果這種解釋準確無誤，它還可以幫助天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)除太陽之外，其他恒星周圍的與地球相似的擁有板塊運動的世界。

截至目前的探索表明，板塊運動在宇宙中可能并不多見，因為在迄今發(fā)現(xiàn)的所有世界中，我們的地球是已知的唯一被確認擁有板塊運動的世界。

事實表明，我們的地球確實是很特別的?，F(xiàn)在我們知道，數(shù)十億年來，地球上活動的板塊一直在漂移、碰撞和“俯沖”。這些運動催生并分裂了大陸，推高了山脈，拓寬了海洋。

與此同時，這樣的運動也抹去了地球早期的大部分歷史，包括板塊運動如何發(fā)生，以及何時發(fā)生?？茖W(xué)家們一直在尋找答案，他們很想了解地球上板塊運動的種種奧秘。美國加州理工學(xué)院的科學(xué)家錢原研究地球內(nèi)層如何移動并如何影響地表。他的研究團隊認為，地球擁有月球的方式為板塊運動的由來提供了一個簡單明了的解釋。

研究人員將注意力集中在地幔深處的兩個物質(zhì)團上，它們各自都有一塊大陸那么大。此前，科學(xué)家認為它們是滑入地球深處的陳舊的構(gòu)造板塊。但錢原的研究團隊認為，這些神秘物質(zhì)可能是“忒伊亞”上密度高的物質(zhì)沉入地幔后的殘余物。為此，這些科學(xué)家用計算機模擬了“忒伊亞”對地球的撞擊，以及“忒伊亞”沉入地球內(nèi)部的物質(zhì)如何影響地球內(nèi)部巖石運動的過程。

模擬實驗表明，當“忒伊亞”的殘骸沉入地幔底部后，這些熾熱的物質(zhì)團會導(dǎo)致大量同樣熾熱的巖石向上爬升，它們會揳入地球堅硬的外層物質(zhì)中。隨著它們的上升和膨脹，地球表面的板塊反而被擠壓到地球下部，滑入地幔中，科學(xué)家們稱這樣的過程為“俯沖”。

俯沖是板塊運動的主要特征。根據(jù)模擬，研究人員認為，以俯沖為特征的板塊運動應(yīng)該是在月球形成約2億年后開始的。那時，地幔中的大團塊可能啟動了俯沖。但現(xiàn)在還不能完全肯定的是，那些團塊是否果真來自“忒伊亞”。美國馬里蘭大學(xué)帕克分校研究行星表層運動的科學(xué)家勞倫·蒙泰西認為，現(xiàn)在就斷言“忒伊亞”觸發(fā)了板塊運動還為時尚早。

地殼是一些運動著的構(gòu)造板塊

月亮對地球的貢獻

如果根據(jù)模擬得到的結(jié)論被證明是正確的，那么尋找太陽系以外的類地行星便會出現(xiàn)一個新的關(guān)注點，那就是板塊運動。研究人員解釋說，這種情況表明，如果人們在宇宙中發(fā)現(xiàn)一顆類地行星擁有一顆大衛(wèi)星，那么他們便有理由相信這顆行星有可能曾經(jīng)擁有一個很大的撞擊物，而這種撞擊物的存在又可能意味著這顆行星擁有板塊運動。很顯然，在這方面的更多關(guān)注，將有望幫助人類發(fā)現(xiàn)另一個與我們的地球一樣擁有板塊運動的世界。

現(xiàn)在我們知道，板塊運動對地球的影響彌足珍貴，因為正是板塊運動把地球塑造成了一個適合生命存在的地方。板塊運動啟動了水、碳和氧的循環(huán)，給地球注入了循環(huán)不已的活力，從而把地球塑造成了一顆生機勃勃的生命星球。

由此看來，很有可能在地球的歷史上，“忒伊亞”對地球的撞擊是一次劃時代的重要事件。此后的大約45億年，地球的命運被完全改變了，它最終成了一顆與眾不同的生命星球，一個產(chǎn)生了偉大智慧的文明搖籃，這表明板塊運動的啟動非常重要。

除此之外，“忒伊亞”對地球還有更加難能可貴的貢獻：它為地球帶來了月亮。假若沒有月亮，地球會是怎樣的呢？如果沒有月亮，那么地球的重力會小許多，我們的體重也會更輕一些。正因為碰撞把“忒伊亞”上大約十分之一的物質(zhì)帶到了地球上，地球的重力才沒有那樣小，我們的體重也沒有那樣輕。更為重要的是，如果沒有那次事件，我們恐怕根本就沒有機會來到地球上，因為沒有月亮，生命演化的進程就會慢許多。由于新生的月亮距離地球極近，它引發(fā)的潮汐力比今天強得多，這種巨大的潮汐力引發(fā)海水沖刷大陸，使海洋充滿了來自陸地的礦物質(zhì)，形成了所謂的促使生命誕生的“原始湯”。另外，假若沒有月亮對地球自轉(zhuǎn)軸的穩(wěn)定作用，我們的地球恐怕會像天王星一樣橫臥在公轉(zhuǎn)軌道面上，即自轉(zhuǎn)軸與公轉(zhuǎn)軸處于相對垂直的狀態(tài)。這樣一來，陽光會在一年的時間里在兩極之間移動一個來回，而地球上的所有生命也不得不為了追逐陽光而每年在南北極之間來回地遷徙。

尋找“忒伊亞”的“前身”

那么，月亮是否真的是由“忒伊亞”的碰撞“創(chuàng)造”的呢？為了弄清楚這個問題，科學(xué)家們做了很多努力。他們認為，要回答這個問題，人們首先要獲得“忒伊亞”是否真實存在過的證據(jù)?？茖W(xué)家們認為，如果“忒伊亞”確實存在過，那么在太陽系還年輕的時候便會存在一些小行星大小的聚合物，它們被稱為“星子”，是組成“忒伊亞”的原始材料，其中的一些如今應(yīng)該還存在于日地（太陽和地球）拉格朗日點上。

所謂“拉格朗日點”，其實就是太空中的引力平衡點，通常存在于兩個大的天體之間，由于受到兩個天體重力的影響，位于這一點上的小型物體便可以相對保持平衡。在每兩個大型的天體，比如太陽和木星、太陽和地球、地球和月球之間，理論上都存在5個拉格朗日點，這5個拉格朗日點分別以L1、L2、L3、L4和L5表示。那些太空中的“漂蕩物”往往會在拉格朗日點上聚集起來，就好像水匯集到井底一樣。

碰撞發(fā)生后，古老的“忒伊亞”顯然不再存在，但一些“星子”可能還待在它形成的地方。它們原本應(yīng)該成為“忒伊亞”的一部分，但它們失敗了，被遺留了下來。所以，如果今天人們能夠在那里發(fā)現(xiàn)一些類似小行星的小天體，那么它們便很有可能是當年遺留下來的“星子”。假若通過分析它們的物質(zhì)組成證明了這一點，那么“大碰撞”說就可以得到證實了。

日地系統(tǒng)中的5 個拉格朗日點

“日地關(guān)系觀測臺”衛(wèi)星

所以，要解開“忒伊亞”之謎，最直接、最有效的方法是找到那些小天體并將其上的物質(zhì)帶回地球，這樣的太空任務(wù)雖然復(fù)雜，但依靠目前人類的太空技術(shù)應(yīng)該是可以實施的。事實上，早在2009年，2顆幾乎完全相同的“日地關(guān)系觀測臺”（STEREO）衛(wèi)星便分別進入日地拉格朗日點Ｌ4和Ｌ5的邊緣地區(qū)，但它們并沒有發(fā)現(xiàn)可疑的目標。本來“日地關(guān)系觀測臺”是觀測太陽的，但它們恰好要分別路過日地拉格朗日點Ｌ4和Ｌ5，科學(xué)家順便讓它們執(zhí)行了這樣一項附加任務(wù)。這些科學(xué)家認為，如果那顆古老的行星果真存在過，那么應(yīng)該留下一些殘骸，“日地關(guān)系觀測臺”應(yīng)該有可能發(fā)現(xiàn)它們。

然而，這樣的搜索并不容易，因為拉格朗日點并不是一個在太空中無窮小的點，它其實擁有一個范圍可觀的區(qū)域。在這樣的區(qū)域內(nèi)，僅憑一兩次搜索并不能說明問題，所以，“忒伊亞”是否真實存在過依然無法判斷。時至今日，“忒伊亞”之謎依然沒有答案，人們期待未來形式更加多樣的探索，會破解這個重要的未解之謎。