看，头顶上的那颗月球，或许诞生自一个“甜甜圈”

先讲一个许多人都听过的故事：

“大约45亿年前，原始地球和一颗火星大小的天体发生了碰撞。这颗天体被称为忒伊亚（Theia）。撞击后产生的大量残留碎片被抛射入太空。最终，所有的这些残片在地球的轨道上凝聚在一起，形成了今天我们所望见的月球。”

这个故事其实是最流行的月球起源理论，被称为“大碰撞说”，并得到了许多的证据支持。

○ 在45亿年前，Theia撞击了地球，残留的碎片形成了今天看到的月球。| 图片来源：DM

但显然，大碰撞说并不是完美无暇的。尽管月球和地球的某些化学特征非常相似，但还是有一些非常重要的区别。例如，相对于地球，月球上的挥发性元素（如铜、钾、钠和锌）含量要少的多。对此，大碰撞说并不能给出较好的解释。

哈佛大学的博士研究生 Simon Lock 认为，大碰撞说是一个很有说服力的故事，但却很可能不正确。Lock 解释说，要在大碰撞说的场景中将足够多的物质推入轨道实际上是非常困难的，只有非常少数情况下的碰撞才有可能做到如此。这对碰撞的角度要求非常高，即便是角度正确的碰撞，也未必就能实现这样的场景。

关于月球的起源之谜有很多种说法：有理论说，月球在数十亿年前被地球的引力俘获；有理论又说，地球和月球是在太阳的原行星盘内形成一个联星系统；还有理论认为，是快速旋转的地球喷射出一团的大质量的物质，因而产生了月球；而在去年的最新一项研究中又指出月球是在一系列的撞击产生的。

○ 月球形成于多次的撞击。| 图片来源：Raluca Rufu

看来，我们离在月球起源的问题上达成共识似乎还有一段距离。现在，研究人员又给“混乱”的局面增添了一种新的可能性，这是一种完全符合月球成分构成的新形成理论。但不得不说，该理论很奇怪：他们认为，月球是在一个巨大的甜甜圈状汽化岩石云的内部形成的，这个汽化岩石云最终凝结到地球内。

Lock 就是这项研究的主要作者，他认为月球不是一场碰撞后的遗留物，而是出自于一块巨型甜甜圈状的气态岩石云，这种云被称为索内斯蒂亚（synestia），是一种全新的天体。其中“syn”的意为“同”、“共”，“Hestia”则是古希腊神话中的女神。这一想法最初是由 Lock 和加州大学戴维斯分校的 Sarah Stewart 教授在2017年提出来的。

○ 当行星大小的天体相撞时，形成的一个巨大的汽化岩石旋转而成的巨型云——索内斯蒂亚，熔化的月球从中形成。最终，索内斯蒂亚凝结形成地球。| 图片来源：Sarah Stewart / UC Davis

索内斯蒂亚出现在当年轻的、行星大小的天体相互碰撞时，形成快速旋转的熔化和汽化的岩石过程。这种易挥发的云的很大一部分会围绕着自身运转，并会膨胀成一个看起来像漂浮在太空中的巨型甜甜圈。一个索内斯蒂亚只能维持大约100到200年，它会随着热量的丧失而迅速收缩。岩石蒸气首先凝结成液体，然后再凝结成熔化的行星。

索内斯蒂亚是一种超越行星自转极限的天体，它是由巨大撞击下的高能和高角动量所创造的。

在 Stewart 和 Lock 的假设中，地球以及许多其他的岩石行星，就是以这种方式开始的。但是目前为止，天文学家还从未见过这样的天体——这纯粹是一个假想的对象。只是科学家用数据模型表明了它存在的可能性。但这是第一个可以与月球的组成成分相匹配的模型。

○ 按比例所绘制的相同质量的行星、有行星盘的行星、和索内斯蒂亚。| 图片来源：Simon Lock & Sarah Stewart

根据这项最新研究，科学家认为月球可能就形成于地球-索内斯蒂亚内部。Lock 解释说：“索内斯蒂亚的大小可能是地球大小的10倍，并且由于在碰撞中产生如此多的能量，所以地球上10%的岩石可能被汽化，其余的则变成液态。因此月球从索内斯蒂亚中形成的方式可以有很多种。” 在碰撞发生和索内斯蒂亚形成之后，熔融的岩石内形成一个“种子”，即少量的液态岩石在甜甜圈状结构的中心聚集。

随着地球-索内斯蒂亚开始缩小，汽化的硅酸盐岩开始像下雨一样落到原始的月球上。随着时间的推移，整个结构开始缩小，月球从蒸汽中以独立天体的形式出现。最终，整个索内斯蒂亚会凝聚，成为一个旋转的液态岩石球，最终形成我们今天所知的地球。

Lock 解释说：“我们的模型也始于一次碰撞，但碰撞造成的不是一个由岩石材料组成的行星盘，而是形成一个索内斯蒂亚。月球在汽化的地球内部形成，温度在2200至3300摄氏度之间，压力为大气压强的10倍。”

这解释了为什么月球和地球拥有某些共同特征，例如相似到惊人的地球化学特性和同位素。但也同时解释了为何月球缺少某些如钾、钠、锌等挥发性元素。因为月球在索内斯蒂亚的极高温度下丧失了那些容易汽化的元素，这完美地解释了它的独特元素成分。

Steward 认为，新的理论模型可以预测月球周围的汽化岩石环境里的温度和压强。在未来，研究人员可以通过计算在这些条件下形成的月球的元素和同位素组成来对这一模型进行验证。作者在最新发表的论文中描述了几种对中度挥发元素丰度的预测。接下来，他们准备将计算扩展到更多的元素，并同时争取对月球的组成成分进行更精确的测量。

毋庸置疑的是，这仍之是一个非常理论化的解释。在天文学家宣布已经解开了卫星的诞生之谜之前，首先需要证明的就是索内斯蒂亚是一个真正的天体。为了实现这一目的，科学家们应该在年轻的恒星周围寻找类似的天体，获得更好的月球物质样本分析，并继续改进他们的模型。

参考链接：

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2016JE005239/abstract

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2017JE005333/abstract

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2018-02/hu-mtm022718.php

https://gizmodo.com/freaky-new-theory-offers-totally-new-explanation-of-the-