月球的起源故事並不成立。大多數科學家認為，月球是在太陽系誕生之初（大約 45 億年前）形成的，當時一顆名為忒伊亞（Theia）的火星大小的原行星撞擊了年輕的地球。這次碰撞將兩個世界的碎片拋入軌道，這些碎片最終混合在一起形成了月球。
如果這種情況發生，科學家預計忒伊亞的貢獻將使月球具有與地球不同的成分。然而對月球岩石的研究表明，地球和月球的成分是相同的。這一事實給行星間撞擊的敘述帶來了麻煩。
研究人員一直在探索其他場景。也許忒伊亞撞擊從未發生過（沒有直接證據表明這顆萌芽的行星曾經存在過）。科學家們提出，一系列的撞擊主要是由陸地物質形成的微型衛星，而不是一次巨大的碰撞。隨著時間的推移，這些小衛星合併形成了一顆大衛星。
“多重撞擊更有意義，”以色列雷霍沃特魏茨曼科學研究所的行星科學家拉盧卡·魯夫說。 “你不需要這個特殊的撞擊器來形成月球。”
但忒伊亞還不應該被留在剪輯室的地板上。新的研究表明，地球和忒伊亞主要由同一種材料構成，因此具有相似的成分。這種觀點成立，月球上沒有任何“其他”物質的跡象，因為忒伊亞沒有什麼不同。
“我絕對在這兩種相反的想法之間保持觀望態度，”加州大學洛杉磯分校的宇宙化學家愛德華·楊說。確定哪個故事是正確的需要更多的研究。但楊說，答案將為早期太陽系的演化提供深刻的見解。
月亮的母親
月亮是個怪人。太陽系的大部分衛星都位於氣態巨行星之中。唯一擁有繞軌道衛星運行的類地行星是火星。它的衛星火衛一和火衛二都很小，普遍的解釋是它們可能是被這顆紅色行星的引力捕獲的小行星。對於這種情況來說，月球太大了。如果月球是從其他地方來的，就像小行星一樣，它可能會撞上地球或飛入太空。另一種解釋可以追溯到 1800 年代，認為形成月球的物質是從快速旋轉的年輕地球上飛走的，就像孩子們從失控的旋轉木馬上被拋出一樣。然而，當科學家計算出所需的旋轉速度快得不可思議時，這個想法就不再受歡迎了。
20 世紀 70 年代中期，行星科學家提出了巨大撞擊假說和神秘的行星大小撞擊物（2000 年以希臘神明塞勒涅 (Selene) 的母親的名字命名為忒伊亞 (Theia)）。這個想法是有道理的，因為早期的太陽係就像一場宇宙台球遊戲，巨大的太空岩石經常發生碰撞。
2001 年對阿波羅任務期間收集的月球岩石的研究對巨大影響假說提出質疑。研究表明，地球和月球有著驚人的相似之處。為了確定岩石的起源，科學家測量了氧同位素的相對豐度，其作用類似於犯罪現場的指紋。科學家發現，來自地球和月球的岩石具有看似相同的氧同位素混合物。如果月球的大部分物質來自忒伊亞而不是地球，那就沒有道理了。魯夫和同事最近通過撞擊模擬估計，忒伊亞碰撞產生類似地球的月球成分的可能性非常小。
對阿波羅巖石中其他元素（例如鈦和鋯）的研究也表明地球和月球起源於相同的材料。楊和同事最近用最新技術重複了氧同位素測量，尋找地球和月球之間哪怕是最微小的差異。 2016年1月，團隊在《科學。 “我們以現有的最高精度測量了氧氣，”楊說，“天哪，地球和月球看起來仍然一模一樣。”
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完美搭配
月球物質和稱為頑輝石球粒隕石（黃色陰影）的隕石中的氧同位素混合物與地球岩石（藍線）驚人地相似。其他太陽系材料的同位素混合物有很大不同。
資料來源：N. Dauphas/自然2017年
一些科學家對巨大的忒伊亞撞擊進行了模擬，該撞擊形成了主要由陸地物質構成的月球。但這些場景很難與地月系統的現代位置和運動相匹配。
一些科學家認為，是時候跳出巨大影響的框框來思考了。月球的形成並非只有一次，而是有很多次撞擊，Rufu 和同事提議 1 月 9 日自然地球科學。他們說，月球的成分與地球相似，因為這些撞擊導致的大部分物質都來自地球。
迷你月球合併
多重影響假說於 1989 年首次提出，儘管當時的科學家沒有足夠的計算機能力來運行支持該假說的模擬。魯夫和他的同事最近通過計算機模擬多個撞擊器重新審視了這一提議，每個撞擊器的質量約為地球質量的百分之一到十分之一，撞擊早期地球。
任何直接撞擊的撞擊都會將大量能量轉移到地球，將陸地物質挖掘到太空中。模擬顯示，幾個世紀以來每次撞擊產生的碎片結合在一起形成了一個小衛星。數千萬年來，隨著越來越多的撞擊震動地球，更多的衛星形成了。重力將衛星拉到一起，將它們結合在一起。根據這種情況，在大約 1 億年的時間裡，大約 20 個迷你衛星最終合併形成了一個強大的衛星（）。
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製作衛星
多重撞擊假說認為，幾次小撞擊將陸地物質送入軌道，最終形成了我們的大衛星。
第一次撞擊產生了環繞年輕地球的碎片。幾個世紀以來，這些物質聚集在一起形成了一個迷你衛星。
經過數千萬年和多次撞擊，大約 20 個繞地球運行的小衛星合併形成了一顆大衛星。
研究人員指出，多月解釋在大約 20% 的時間模擬中產生了正確的月球組合，比大撞擊假說的 1% 到 2% 的情況要好。 “最大的收穫是你無法一次性解釋所有事情，”魯夫說。
行星科學家羅賓·卡納普認為這種情況令人信服。科羅拉多州博爾德市西南研究所的卡納普說：“對我來說，這似乎是一個與單一大撞擊假說並駕齊驅的有力競爭者。”
不要低估忒伊亞
但忒伊亞假說最近找到了新的支持。新的化學分析表明，忒伊亞的成分與地球相似，足以產生類似地球的衛星的可能性可能比最初想像的要高得多。構成地球的大部分物質與一種叫做頑火輝石球粒隕石的隕石來自同一來源，芝加哥大學行星科學家 Nicolas Dauphas 於 1 月 26 日報導自然。
就像氧氣一樣，地球岩石中各種其他元素的同位素混合物可以作為岩石起源的指紋。其中一些元素是鐵元素，例如釕，它會迅速沉入地球富含鐵的核心（）。在靠近地球表面的地幔中發現的任何釕都可能是在地球發展的後期才到達的。鈣和鈦等與鐵無關的元素不會沉入核心；他們留在地幔中。它們的同位素記錄了地球在更長時間內的組裝過程。通過同時觀察鐵愛好者和鐵冷漠元素，多法斯創建了一條時間線，說明了哪些類型的太空岩石以及何時增加了地球的質量。
Dauphas 說，地球質量的前 60% 是由不同岩石的混合物提供的，其中包括一些類似頑輝石球粒隕石的混合物。剩餘的餘額幾乎全部來自隕石的前身。多法斯估計，總共大約四分之三的地球質量來自與頑火輝石球粒隕石相同的材料。如果忒伊亞形成的距離與地球距太陽的距離大約相同，那麼它主要是由相同的材料形成的，因此具有相似的同位素組成。因此，如果月球主要由忒伊亞形成，那麼月球岩石的成分也與地球相似也是有道理的。
巴黎地球物理研究所的宇宙化學家馬克·賈沃伊 (Marc Javoy) 表示：“在我看來，如果你承認大撞擊者的材料與[早期]地球的材料沒有什麼不同，那麼大部分問題就迎刃而解了。” “這是最簡單的假設”，意味著被內太陽系中萌芽的行星吞噬的物質在成分上相當均勻，為構建太陽系的物質排列提供了深入的了解。
華盛頓卡內基科學研究所的地球化學家理查德·卡爾森說，地球是由與頑火輝石球粒隕石相同的材料構成的想法“並不讓很多人高興”。地幔和隕石中的同位素可能匹配，但元素本身的相對豐度並不”，卡爾森在 1 月 26 日的評論中寫道自然。他說，這個過程中需要採取額外的步驟來解釋這種成分不匹配，例如一些元素矽被隱藏在地核中。
“我們現在有很多新想法，現在我們需要測試它們，”加州大學戴維斯分校的行星科學家莎拉·斯圖爾特說。
最近提出的一項關於月球形成的測試是基於溫度，儘管它似乎與這兩個起源故事一致。一項新的研究將月球的化學成分與核爆炸形成的玻璃進行了比較，結果表明，月球誕生期間或剛剛誕生後的溫度達到了 1400 攝氏度的高溫。這意味著任何可能的月球形成場景都必須涉及如此高的溫度，研究人員 2 月 8 日報導科學進步。
高溫導致岩石浸出鋅的輕同位素。該研究的合著者、加利福尼亞州拉霍亞斯克里普斯海洋學研究所的地質學家詹姆斯·戴 (James Day) 表示，1945 年新墨西哥州 Trinity 核試驗的高溫下鍛造的綠色玻璃缺乏鋅的輕同位素。月球岩石也是如此。他說，月球形成期間或剛剛形成後的如此高溫度符合巨大撞擊假說。但魯夫計算出，她的多重撞擊假說也產生了足夠高的溫度。
魯夫說，也許溫度無法解決爭論，但探測地球和月球深層內部的成分可以證明迷你月球的解釋是正確的。她預測，如果沒有一次巨大的碰撞，兩個世界的內部可能不會很好地混合。道法斯表示，測量其他行星的成分可以為他的類地忒伊亞提議提供可信度。他說，水星和金星也主要由與地球相同的物質形成，因此也具有類似地球的成分。未來對太陽系居民的研究可能會證實或排除這些預測，但這需要新的探索篇章。
本文發表於 2017 年 4 月 15 日科學新聞標題是：“地球如何獲得月球：標準形成故事可能需要重寫。”
