看，頭頂上的那顆月球，或許誕生自一個「甜甜圈」
先講一個許多人都聽過的故事：
「大約45億年前，原始地球和一顆火星大小的天體發生了碰撞。這顆天體被稱為忒伊亞（Theia）。撞擊後產生的大量殘留碎片被拋射入太空。最終，所有的這些殘片在地球的軌道上凝聚在一起，形成了今天我們所望見的月球。」
這個故事其實是最流行的月球起源理論，被稱為「大碰撞說」，並得到了許多的證據支持。
在45億年前，Theia撞擊了地球，殘留的碎片形成了今天看到的月球。| 圖片來源：DM
但顯然，大碰撞說並不是完美無暇的。儘管月球和地球的某些化學特徵非常相似，但還是有一些非常重要的區別。例如，相對於地球，月球上的揮發性元素（如銅、鉀、鈉和鋅）含量要少的多。對此，大碰撞說並不能給出較好的解釋。
哈佛大學的博士研究生 Simon Lock認為，大碰撞說是一個很有說服力的故事，但卻很可能不正確。Lock 解釋說，要在大碰撞說的場景中將足夠多的物質推入軌道實際上是非常困難的，只有非常少數情況下的碰撞才有可能做到如此。這對碰撞的角度要求非常高，即便是角度正確的碰撞，也未必就能實現這樣的場景。
關於月球的起源之謎有很多種說法：有理論說，月球在數十億年前被地球的引力俘獲；有理論又說，地球和月球是在太陽的原行星盤內形成一個聯星系統；還有理論認為，是快速旋轉的地球噴射出一團的大質量的物質，因而產生了月球；而在去年的最新一項研究中又指出月球是在一系列的撞擊產生的。
月球形成於多次的撞擊。| 圖片來源：Raluca Rufu
看來，我們離在月球起源的問題上達成共識似乎還有一段距離。現在，研究人員又給「混亂」的局面增添了一種新的可能性，這是一種完全符合月球成分構成的新形成理論。但不得不說，該理論很奇怪：他們認為，月球是在一個巨大的甜甜圈狀汽化岩石雲的內部形成的，這個汽化岩石雲最終凝結到地球內。
Lock 就是這項研究的主要作者，他認為月球不是一場碰撞後的遺留物，而是出自於一塊巨型甜甜圈狀的氣態岩石雲，這種雲被稱為索內斯蒂亞（synestia），是一種全新的天體。其中「syn」的意為「同」、「共」，「Hestia」則是古希臘神話中的女神。這一想法最初是由 Lock 和加州大學戴維斯分校的 Sarah Stewart 教授在2017年提出來的。
當行星大小的天體相撞時，形成的一個巨大的汽化岩石旋轉而成的巨型雲——索內斯蒂亞，熔化的月球從中形成。最終，索內斯蒂亞凝結形成地球。| 圖片來源：Sarah Stewart / UC Davis
索內斯蒂亞出現在當年輕的、行星大小的天體相互碰撞時，形成快速旋轉的熔化和汽化的岩石過程。這種易揮發的雲的很大一部分會圍繞著自身運轉，並會膨脹成一個看起來像漂浮在太空中的巨型甜甜圈。一個索內斯蒂亞只能維持大約100到200年，它會隨著熱量的喪失而迅速收縮。岩石蒸氣首先凝結成液體，然後再凝結成熔化的行星。
索內斯蒂亞是一種超越行星自轉極限的天體，它是由巨大撞擊下的高能和高角動量所創造的。
在 Stewart 和 Lock 的假設中，地球以及許多其他的岩石行星，就是以這種方式開始的。但是目前為止，天文學家還從未見過這樣的天體——這純粹是一個假想的對象。只是科學家用數據模型表明了它存在的可能性。但這是第一個可以與月球的組成成分相匹配的模型。
按比例所繪製的相同質量的行星、有行星盤的行星、和索內斯蒂亞。| 圖片來源：Simon Lock & Sarah Stewart
根據這項最新研究，科學家認為月球可能就形成於地球-索內斯蒂亞內部。Lock 解釋說：「索內斯蒂亞的大小可能是地球大小的10倍，並且由於在碰撞中產生如此多的能量，所以地球上10%的岩石可能被汽化，其餘的則變成液態。因此月球從索內斯蒂亞中形成的方式可以有很多種。」在碰撞發生和索內斯蒂亞形成之後，熔融的岩石內形成一個「種子」，即少量的液態岩石在甜甜圈狀結構的中心聚集。
隨著地球-索內斯蒂亞開始縮小，汽化的硅酸鹽岩開始像下雨一樣落到原始的月球上。隨著時間的推移，整個結構開始縮小，月球從蒸汽中以獨立天體的形式出現。最終，整個索內斯蒂亞會凝聚，成為一個旋轉的液態岩石球，最終形成我們今天所知的地球。
Lock 解釋說：「我們的模型也始於一次碰撞，但碰撞造成的不是一個由岩石材料組成的行星盤，而是形成一個索內斯蒂亞。月球在汽化的地球內部形成，溫度在2200至3300攝氏度之間，壓力為大氣壓強的10倍。」
這解釋了為什麼月球和地球擁有某些共同特徵，例如相似到驚人的地球化學特性和同位素。但也同時解釋了為何月球缺少某些如鉀、鈉、鋅等揮發性元素。因為月球在索內斯蒂亞的極高溫度下喪失了那些容易汽化的元素，這完美地解釋了它的獨特元素成分。
Steward 認為，新的理論模型可以預測月球周圍的汽化岩石環境里的溫度和壓強。在未來，研究人員可以通過計算在這些條件下形成的月球的元素和同位素組成來對這一模型進行驗證。作者在最新發表的論文中描述了幾種對中度揮發元素丰度的預測。接下來，他們準備將計算擴展到更多的元素，並同時爭取對月球的組成成分進行更精確的測量。
毋庸置疑的是，這仍之是一個非常理論化的解釋。在天文學家宣布已經解開了衛星的誕生之謎之前，首先需要證明的就是索內斯蒂亞是一個真正的天體。為了實現這一目的，科學家們應該在年輕的恆星周圍尋找類似的天體，獲得更好的月球物質樣本分析，並繼續改進他們的模型。
參考鏈接：
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-1823388484
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