月球本雙生時（上）

科里·S. 鮑威爾

半個多世紀以來，月球一直在嘲弄科學界最杰出的頭腦。埃里克·阿斯普豪格認為，這種狀況應當適可而止了。

這種嘲弄始于1959年10月7日，阿斯普豪格出生前3年。這一年蘇聯的“月球3”號太空飛船繞到月球背面，拍下了一系列畫質粗糙的獨特照片，并把它們用無線電傳送回地球。因為月球的自傳和它的公轉是完美同步的，因此一個半球總是朝向地球，而另一個半球總是背對地球，從來沒被人看到過?！霸虑?”號傳回的月球背面的照片中，月表由一片崎嶇

的灰色高地構成。這種景象，與月球正面那些充滿魅力的、令人浮想聯翩的地貌完全不同。用不著請教行星科學家，誰都能看出這種分裂特征的奇怪之處?！拔疫€記得，在我是個小男孩的時候，看見展示月球背面的畫面，心里想，一個星的兩邊居然可以如此不同，真是神奇?！卑⑺蛊蘸栏裾f。

時光轉瞬到了2010年，此時的阿斯普豪格已經是加州大學圣克魯茲分校的一位地球和行星科學教授了。在一次專題座談會上，阿斯普豪格仍舊等待著能夠有一種理論，能解釋月球強烈的不對稱性。在聆聽他的同事伊恩·加里克·貝瑟爾描述自己的觀點時，阿斯普豪格越來越坐立不安。在這種最新的理論中，億萬年前，地球的重力引起了月球上強大的潮汐，而此時的月球仍然年輕，并且是熔融的。這些潮汐的突起就在原地固定，形成月球背面更厚的地殼和特殊的地貌。阿斯普豪格認為，這個理論毫無道理可言，“如果是這樣，那么正面和背面都會產生突起，就像在地球上產生高潮時那樣”。但是，這個理論的全部要領，就是要解釋為什么只有背面產生了突起?！按鸢钢荒苁怯幸环N奇跡將另一半的突起全部抹平了?？墒?，這讓這個問題比之前更加難解?！?/p>

月球的正面與背面

阿斯普豪格不只是感到煩悶，他也受到了鼓舞。他研究低速沖擊模型對早期太陽系的影響已經很多年了。“人們一直認為只有高速運動的物體才會產生沖擊，這是一種有失偏頗的看法?！钡退贈_擊事件是建設性的，而不是破壞性的： 如果兩個物體之間的碰撞足夠慢，它們會黏附在一起，“就像朝房子的墻上扔泥巴，或者打雪仗時互相扔雪球那樣”。阿斯普豪格認為，低速沖擊可以解釋彗星的形成。這一刻，他感到月球地貌這個問題的答案就在他眼前。 他找到自己的博士后——馬丁·朱茨（現在在伯爾尼大學），闡述了自己的想法：如果地球本來擁有兩個月球，后來融合成了今天我們看到的這一個呢？

“在那次研討會之后，我們徑直去了實驗室，馬丁對月球被它的伴侶撞擊的情形進行了編程模擬?！卑⑺蛊蘸栏裾f。這些計算結果展示了關于月球不對稱性的全新闡釋。在阿斯普豪格看來，月球背面那些崎嶇的高地曾經是圍繞地球運動的第二個月球，黏附到了現在這個月球上，因此月球背面看起來那么不同也就不奇怪了——它們本來就不是同一個天體。這種新模型對月球的遠古起源和現代外貌提供了一個系統的描述，但在阿斯普豪格看來，這個概念應該更加深入。它展示了行星形成的一種更廣泛、并且基本被忽略的過程：低速碰撞，就像親吻時兩個身體接觸在一起。

像大多數理論一樣，阿斯普豪格的雙月碰撞模型是在前人研究的基礎上發展而來的。事實上，最初對月球起源的科學描述也集中在兩個不同天體的相互作用上，但是它闡釋了一種分離，而不是結合。1878年，喬治·H.達爾文，也就是查爾斯·達爾文的兒子，提出月球是從快速旋轉的初生地球上被甩出去的，就像一個任性的孩子從旋轉木馬上掉下去那樣。他推測，地球上因此缺失的一塊，仍然可以在太平洋的洋盆中找到遺跡。

這個分裂假說存在了很長時間。我還記得自己是個孩子的時候，在我哥哥給的那些奇幻的科學書籍中，看到過這種描述。但是從動力學的角度上講，這種假說是行不通的。沒有一種可行的方式能讓地球旋轉得如此之快，以至于將其表面甩出去一部分;就算有，也不存在一種減少角動量的方式，讓地球和月球的旋轉減慢到今天這種速度。至于太平洋，它只是因板塊運動而產生的板塊間暫時的特征結構而已。月球在44億年前形成的時候，太平洋并不存在。（不要責備達爾文，他的理論比板塊運動學說早了90年。）

這種理論并沒有解釋擺在我們面前的問題：月球為什么會長成這樣？

其他月球起源假說也隨之而來，對月球和地球的關系有不同的解釋，但是都存在著致命缺陷。美國宇航員T.J.J. 西認為月球是獨立起源的星球，被捕捉到了地球的軌道中。這種假說的缺陷在于，地球產生的重力不足以完成這種誘捕。其他一些研究人員認為， 地球和月球在早期的太陽系中是合并存在的，法國數學家愛德華·羅什就是這種假說的堅定

支持者。這種假說的缺陷在于，當地質化學家研究了“阿波羅”宇航員帶回來的月巖時，發現月球的物質組成缺乏易揮發性化合物。

這樣看來，平行天體理論似乎更加接近實際。然而，從其他方面來說，月球的化學和地球是非常相似的——事實上是奇怪地相似。月球巖石中兩種氧含量的比例與地球巖石幾乎完全一致。氧含量比例就像一個ID標簽，告訴你一種東西是在哪里產生的。隕石有自己的獨特比例，火星有自己的獨特比例，只有月球看上去就像是地球的雙胞胎兄弟。因此， 總的來說，月球跟地球一點都不相似，但它又跟地球完全類似。這又是一個需要被解釋的精細不對稱性。

行星科學家研究了所有復雜證據，并且在一個新的創世神話上達成和解。這就是大碰撞理論，在1975年發表的兩篇開創性的科研文獻的基礎上產生。在這一模型中，地球最初是沒有衛星的。地球形成之后不久，和一個與火星大小相似的天體發生碰撞，這個天體通常被稱作忒伊亞（希臘神話中月球女神塞勒涅的母親）。碰撞產生的煉獄般環境導致地球

外層的一部分和忒伊亞一起蒸發，其中一些物質因此湮滅，但很大一部分在受傷的地球周圍形成盤狀結構。在很短時間內（或許只有10年），這個盤狀結構就形成了月球。

盡管還存在不確定性，但大碰撞理論方便地涵蓋了地月系統的大部分化學和動力學特征，它幾乎被所有人認為是月球為什么會存在的最佳解釋。然而，它并沒能回答擺在我們面前的問題：月球為什么會長成這樣？

這不僅僅是一個表面形態的問題。月球上的地形地貌是由固化的深色巖漿海形成的平原。由于某種原因，幾乎所有的巖漿海都集中在朝向地球的一面。更普遍地說，在早期月球上，朝向地球的半球火山活動更加頻繁。美國航空航天局的重力恢復與內部實驗室計劃（GRAIL）測量證實，月球背面的地殼厚度更大。執行任務的飛船同時發現，正面（ 并且只存在于正面）具有埋藏起來的長線狀地貌系統，行星地質學家認為這是火山巖脈。一個明顯的可能性解釋是地球的重力造成了這種不平衡，但是物理上并沒有一種可行性將它們聯系起來。

“人們嘗試解釋這種不對稱性已經很長時間了。經常有新的想法被提出來，它們會被討論一段時間，但是最終都沒了下文?！卑⑺蛊蘸栏裾f。更經常發生的是，月球的這種雙重特征被徹底忽視了。2013年秋天，加州理工學院的大衛·史蒂文森在英國皇家科學會主持了一場大型研討會。在研討會上，他笑著談到自己的同事是怎樣對待月球這個問題的：“房間里有頭不容忽視的大象，但大家都心照不宣地繞過它，去看角落里蹲著的那只貓。”

在很多方面，阿斯普豪格的模型是當前關于月球形成的主流看法的有機延伸。事實上，也是對所有行星形成的主流看法的延伸。在早期太陽系中，圍繞著新生的太陽，由星塵到巖石，由巖石到小行星，再由小行星到行星，依次逐漸積累形成，這一過程形成于45億年前。從對隕石的分析到對幼年行星周圍類似的吸積盤的觀測，這個理論已經有海量證據支持了。在行星形成的同時，越來越大的天體相互撞擊。阿斯普豪格說，這些撞擊中有一些必須足夠輕柔，使得相撞的兩個天體黏附在一起，形成一個更大的天體。否則行星就會停止生長，太陽系會是一堆碎裂的石頭。（待續）