地球早期自轉(zhuǎn)周期2.5小時(shí)行星撞地產(chǎn)生月球

鳳凰科技訊 北京時(shí)間10月19日消息新科學(xué)家報(bào)道，近日科學(xué)家首次提出了兩個(gè)關(guān)于月球形成的天體碰撞新模型,，用于解釋為什么月球的成分與地球相同,。這兩個(gè)模型都建立在一個(gè)假設(shè)上：早期地球旋轉(zhuǎn)速度比之前預(yù)想的快得多——一個(gè)地球日大約只有2.5小時(shí)。

科學(xué)認(rèn)為早在45億年前,，一個(gè)行星大小的天體與早期地球發(fā)生碰撞,，剩下的殘余物形成了月球。但一直以來的問題是,，碰撞模擬結(jié)果總是顯示月球的形成成分主要來自撞擊天體,。在過去的十年里，研究學(xué)者一直在對(duì)月球的巖石進(jìn)行分析,。他們發(fā)現(xiàn)月球上的氧同位素比例與地球上的幾乎一模一樣,，這表明這兩個(gè)天體是由同種材料組成的?；鹦呛托⌒行堑碾E石里的氧同位素比例與地球的大不相同,，所以撞擊早期地球的天體的氧同位素比例與地球的很可能也不盡相同。

“這讓我們困惑不已,，”美國科羅拉多州博爾德市西南研究院的羅賓·肯納普（Robin Canup）這樣說道：“月球的氧同位素比例為什么會(huì)和地球上的一模一樣,，這讓人百思不得其解?！?/p>

自轉(zhuǎn)速度

兩個(gè)最新的模型解決了這個(gè)難題,，而這多虧了研究學(xué)者提出的關(guān)于太陽系混沌初期地球自轉(zhuǎn)速度的新見解。早期的碰撞模型都假設(shè)在月球形成初期，地球的自轉(zhuǎn)周期為5小時(shí),，這是由于當(dāng)時(shí)月球與地球的距離比現(xiàn)在小得多,，而自那時(shí)起，兩者之間的距離在不斷增大（大約每年幾厘米）,。正如滑冰者將手臂抱在胸前時(shí)自身旋轉(zhuǎn)速度會(huì)更快,，根據(jù)角動(dòng)量守恒原理,，當(dāng)月球距離地球更近時(shí),，地球的旋轉(zhuǎn)速度也相對(duì)更快——隨著月球的逐漸遠(yuǎn)離，旋轉(zhuǎn)速度也逐漸減慢,。因此,，在月球形成初期時(shí)地球自轉(zhuǎn)時(shí)間從5小時(shí)逐漸演化到現(xiàn)在的24小時(shí)。

但是,，基于這個(gè)自轉(zhuǎn)速度的大碰撞模型導(dǎo)致的動(dòng)力學(xué)結(jié)果顯示的月球成分總是錯(cuò)誤的,。直到最近，美國加州山景城地外文明搜索研究所的馬提亞·庫克（Matija Cuk）以及哈佛大學(xué)的莎拉·斯圖爾特（Sarah Stewart ）提出一種導(dǎo)致地球自轉(zhuǎn)速度減慢的新機(jī)制,。它表明地球在大碰撞發(fā)生時(shí)的自轉(zhuǎn)周期最短可以達(dá)到2.5小時(shí),。這種機(jī)制涉及了太陽對(duì)月球的引力拖拽，使得月球從地球上“偷取”動(dòng)量,，減慢了地球的自轉(zhuǎn)速度,。

更小更快的撞擊者

基于庫克和斯圖爾特的工作，肯納普創(chuàng)造了一種關(guān)于月球形成的完整模型,。在她的模型中,，兩個(gè)質(zhì)量大約是地球現(xiàn)在質(zhì)量的一半的天體，撞擊并緊密的合為一體,。撞擊產(chǎn)生的能量將兩者融化,。大部分的質(zhì)量形成了一個(gè)中央行星，少部分蒸汽則進(jìn)入環(huán)繞行星的盤狀體內(nèi),，后者在100年的時(shí)間內(nèi)逐漸合并形成月球,。碰撞形成的兩個(gè)天體擁有一樣的成分，這是由天體撞擊后融化的巖石相互混合所致,。

庫克和斯圖爾特則提出了另一個(gè)模型,。他們發(fā)現(xiàn)如果假設(shè)地球在碰撞前的自轉(zhuǎn)周期已經(jīng)是2.5小時(shí)，一個(gè)比之前預(yù)想還要小,、速度還要快的撞擊天體可能會(huì)產(chǎn)生月球,。與肯納普的模型相似，撞擊產(chǎn)生的行星和月球的成分90%類似于現(xiàn)在地球的成分,，剩余10%來自撞擊天體,。

庫克認(rèn)為自己的這個(gè)模型更具說服力，“撞擊天體體積比預(yù)想的更小的可信度比較大，因?yàn)橛钪嬷胁环@樣小質(zhì)量天體,?！被谀M數(shù)據(jù)，肯納普表示撞擊天體與地球體積大小一樣的概率大約是1/5,“這并非完全不可能,?！?/p>

加州大學(xué)圣克魯斯分校的艾瑞克·阿斯帕（erik asphaug）表示，關(guān)于月球究竟是如何形成的,，這兩個(gè)模型也許都不能完全解釋,。但是地球旋轉(zhuǎn)速度更快的假設(shè)或許可以提供一些從未探索過的新概念，“這將會(huì)引發(fā)新一輪的爭論,。