乔治·达尔文最早提出关于月球形成问题的科学假说。

戴利提出了月球形成的“碰撞说”。

宇宙艺术家绘制的导致月球形成的“超级碰撞”示意图。

“荷鲁斯之眼”是埃及艺术家们重要的表现主题。

　　“月球在缩小”的新闻再次引发了公众对月球的强烈兴趣。不过，对于科学家来说，这项研究成果还有利于解决一个更吸引公众眼球的谜团——月亮究竟是如何形成的。事实上，在太阳系中，月球是一个非常独特的个体。下面，我们就一起仰望夜空，一起看看地球和月球的伟大传奇。

　　1特征 卫星中的“大哥大”

　　月球是地球唯一的天然卫星，“Moon”这个词在英语中经常用来表示“行星的卫星”，用得甚至比正牌的“卫星”（satellite）更普遍。

　　作为卫星，月球还是很大的，它的直径约为地球的27%，质量有地球的1/81。看起来是不是挺小的？比一比就知道了，太阳系内除月球之外的卫星，直径全都不超过其行星直径的5%！所以，地球与月球似乎更像是伴侣，而非主仆。从这个角度来说，月球算得上是太阳系卫星中的“大哥大”了。

　　因为个头大，所以月球对地球的力学特征的影响也相当大。实际上，根据万有引力定律，我们不应说“月亮绕地球转”，而应当说“地月系统绕它们的共同质心旋转”。地月系的质心离地心约4671千米（请注意，地球的赤道半径约为6350千米）。

　　月球在绕地球公转的同时进行自转，周期27.32166日，正好是一个恒星月，所以我们看不见月球背面。这种现象叫做“同步自转”。北京天文馆馆长朱进表示，只要时间足够长，行星的卫星都会产生“同步自转”。此外，在地球上看起来，月球和太阳差不多大，所以在日全食发生时，它刚好把太阳完全遮住。

　　2探索 从盘古之眼到登月旅行

　　在中国神话中，盘古死后，左眼变成了太阳，右眼变成了月亮。在古希腊神话中，月亮是地母盖亚与天空之神乌拉诺斯所生，名叫福柏（Phoebe），位列十二泰坦神之中。在埃及神话中，太阳和月亮是猎鹰形态的造物神荷鲁斯（Horus）的左眼。当新月出现时，他就成了一个瞎子。眼盲时的荷鲁斯是非常危险的，他有时会将朋友误认为敌人并发起攻击。

　　在传说之外，人类也在用理性探索月亮的奥妙。公元前428年，古希腊哲学家阿那克萨戈拉（Anaxagoras）指出太阳和月球都是大石头，月球反射太阳的光。而中国古代人认为太阳和月球都是由“气”组成，月球反射太阳的光。伊斯兰天文学家阿尔海森（Alhazen）发现月球并不是像平面镜子一样反射太阳光，而只反射照在球面上的一部分太阳光。沈括则用月的圆缺证明月亮是球形的，他在《梦溪笔谈》中说：“日月之形如丸。何以知之？以月盈亏可验也。月本无光，犹银丸，日耀之乃光耳。”

　　古希腊天文学家托勒密甚至给出了相当准确的地球和月球的直径比，以及地月距离是地球直径的倍数。在中世纪，越来越多的欧洲人相信月球不是个圆盘，而是个完美的球体。1609年，伽利略通过望远镜第一次发现了月球上凹凸不平的地表。1959年，苏联的“月球一号”飞行器掠过月球，成为第一个接近月球的人造物体。1969年7月20日，“阿波罗”11号飞船首次实现人登上月球的理想。此后，美国又相继6次发射“阿波罗”号飞船，其中5次成功。总共有12名航天员登上月球。

　　3起源 三个假说问题多

　　最早对月球形成问题提出科学假说的这个人很有来头，他是《物种起源》作者查尔斯·达尔文的次子、天文学家乔治·达尔文。1898年，乔治·达尔文在《太阳系中的潮汐和类似效应》一文中假设，月球本来是地球的一部分，后来由于地球转速太快，把地球上一部分物质抛了出去。这些物质脱离地球后形成了月球，而遗留在地球上的大坑，就是现在的太平洋。

　　这种说法叫做“分裂说”。但是这种说法有着很大的问题。第一，以地球的自转速度，是无法将那样大的一块东西抛出去的。第二，如果月球是地球抛出去的，那么二者的物质成分就应该是一致的。可是通过对“阿波罗12号”飞船从月球上带回来的岩石样本进行化验分析，发现二者相差非常远。

　　后来又有人提出了“俘获说”。这种假说认为，月球本来只是太阳系中的一颗小行星。因为运行到地球附近，被地球的引力所俘获，从此再也没有离开过地球。还有一种接近“俘获说”的观点认为，地球不断把进入自己轨道的物质吸积到一起，久而久之，吸积的东西越来越多，最终形成了月球。但也有人指出，像月球这样大的星球，地球恐怕没有那么大的力量能将它俘获。而且，被俘获的卫星应该在大椭圆轨道上运行，但月球的轨道却近乎圆形。

　　于是有人提出了第三种说法“同源说”。这一假设认为，太阳系刚开始形成的时候，地球和月球都是其中浮动的星云。经过旋转和吸积，它们同时形成星体。在吸积过程中，地球比月球相应要快一点，成为“哥哥”。不过，这一假设也受到了挑战，它解释不了为什么月球物质和地球物质的不同。

　　还有一种特别Q的说法，既然月亮有那么多奇妙的性质，而且它的形成没法解释，那它一定是外星人的基地！当然，几乎没有科学家会认真对待这种说法。

　　4共识 “碰撞说”相对靠谱

　　无论是“分裂说”、“俘获说”还是“同源说”都有致命缺陷。那么，现在的科学家们又是如何看待“月球如何起源”这个古老的问题的呢？朱进表示，现在科学家大多支持"碰撞说"。事实上，最近发表论文称“月球正在缩小”的科学家们也支持这种观点。

　　1946年，哈佛大学的戴利（Reginald Daly）提出另一种理论挑战达尔文的学说，他说月球的形成并不是因为离心力，而是因为撞击。戴利的学说很长时间里没有得到足够的重视，直到1974年才被重新提出来。哈特曼和戴维斯在《伊卡洛斯》（Icarus）杂志上发表文章重新探讨了戴利的理论。他们提出，在地球刚刚形成的时候，有一个大如火星的天体撞击地球。地球和撞击体都产生了很多碎片。后来，这些碎片因为引力的作用而聚合在一起，形成月球。

　　火星的直径达到6794千米，这么大的天体有可能撞地球吗？科学家们认为，在太阳系形成的早期，这种大冲撞是相当常见的。

　　电脑模拟的大冲撞结果和现在地月系统的角动量相符合，也符合现有月球核心的大小。

　　这个假说还得到了很多其他证据的证实，月球表面上的火成岩“钙长石”，说明月球的一大部分曾经是熔化状态。碰撞可以提供形成这些熔岩的能量。而通过月球的平均密度、转动惯量、转动特性、磁特性等信息可以推测出，月球的内核直径相对较小。这也符合史前大冲撞所提供的一些物理属性。

　　那么，月球的成份为什么和地球很不一样呢？朱进表示，这可能是因为组成月球的成份并不只来源于地球被轰出的那些物质，也来源于那个撞地球的东西撞掉的物质。

　　但“碰撞说”也面临很多挑战：首先，地球上的铁化合物周围往往伴生着铱、金等元素，但在月球上却少有这些元素；第二，月球上存在水，但撞击造成的巨大热量不可能给水留下存在的机会；第三，掉落在地球上的陨石显示，太阳系中的其他星体，比如说火星和名为灶神星的小行星有和地球完全不同的氧、钨等同位素组成。这是因为它们的形成时间不一样，但是地球和月球的同位素组成却几乎一样，既然月球的主要组成部分来自天外，那它为什么和地球会有相同的同位素组成呢？对此，科学家们推测，在撞击之后形成了大量炽热的物质蒸汽，这些蒸汽就像撒盐粉似的在地球上撒点，月球上撒点，这样它们的同位素组成就一样了。

　　随着人类对月球控索的深入，科学家们肯定会找到越来越多的线索。月球形成之谜的终极答案将会浮出水面。

　　新知专题采写/本报记者 刘铮

　　本专题图片均为资料图片

　　本专题感谢：朱进（北京天文馆馆长）