大約46億年前，漂浮在太陽周圍的固體塵埃聚集在一起，形成了無數的微行星。之后，微行星之間反復碰撞合并，形成了更大的原行星，地球就是這樣誕生的。

由于微行星和其他原行星不斷碰撞合并，誕生之初的地球（原地球）表面熔化，覆蓋著灼熱的巖漿。當地球成長為現在這么大，天體之間的碰撞減少后，地球開始變冷，巖漿也凝固變硬。于是大氣溫度下降，大氣中所含的水蒸氣凝結（液化），開始降雨，結果就出現了海洋，最后誕生了生命并一直延續(xù)到今天。

剛才介紹的故事是地球46億年歷史的簡單概括，絕大多數的研究人員都同意和認可這個概括。但如果仔細思考的話，就會發(fā)現這個故事有很多缺少的環(huán)節(jié)，許多未解之謎一直困擾著研究人員。比如月球是如何形成的，冰凍地球上生物的存活方法等。

月球巖石暴露了 “身世線索”

月球的起源與地球的形成密切相關，因為“月球的一部分可能源自地球”。

研究認為，月球和地球幾乎是在同一時期形成的。通過對美國“阿波羅計劃”等從月球帶回的月球巖石進行分析，科學家確定了月球的年齡。

 “阿波羅11號”于1969年首次帶回的月球巖石的一部分。整個“阿波羅計劃”將總計382千克的月球巖石帶回了地球。 

通過對月球巖石進行分析得以確定的，不單單是月球的年齡，科學家還發(fā)現，月球巖石中還含有巖漿緩慢冷卻凝固所形成的礦物“斜長石”。由此可知，月球和地球過去都覆蓋著灼熱的巖漿，巖漿后來才冷卻凝固的。

此外，對月球巖石的成分（氧同位素組成）進行仔細分析的結果表明，月球巖石的成分與地球的巖石成分非常相似。來自不同地方的小天體會飛抵地球，有的來自火星，有的來自火星和木星之間的小行星帶等。分析結果表明，一般來說，這些小天體的同位素組成與地球巖石的同位素組成不同。也就是說，通常情況下，天體不同的話，其同位素組成也不相同，碰巧相同的概率非常低。

在這種情況下，地球巖石與月球巖石的同位素組成非常相似，則意味著地球和月球有著共同的起源。有理由認為，月球并不是在某個遙遠的地方誕生之后才來到地球附近的，而是誕生于地球（地球的一部分分離出去后變成了月球）。

大碰撞假說也有漏洞

關于月球的起源，目前大碰撞假說得到了廣泛支持。一個與火星大小差不多（直徑大約是地球直徑的一半）的天體撞上剛誕生不久的地球，在撞擊產生的沖擊作用下，大量碎片飛散到宇宙空間中，部分碎片后來返回了地球，但另一部分碎片合并到一起，成為圍繞地球運轉的天體，也就是月球。

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日本東京工業(yè)大學地球生命研究所的玄田英典教授長期從事行星形成與演化的研究，他介紹說：“大碰撞假說不僅能解釋月球熔化后再次凝固，而且能解釋月球怎樣形成了現在這個大小。總的來說，這是最能說明迄今為止的觀測事實的假說。”那么，大碰撞假說是最終結論嗎？其實不然，這個假說也有缺點。玄田教授表示，大碰撞假說并不能很好地解釋為什么地球和月球巖石的同位素組成非常相似。

如同火星那么大的天體撞擊上地球時，撞擊天體的碎片和地球的碎片都會飛散到宇宙空間。如果其中的一些碎片聚在一起形成了月球，那么，不光地球的碎片，撞擊天體的碎片也應該以一定的比例出現在今天的月球中。但是，地球巖石和月球巖石的同位素組成卻非常相似，看起來不像含有撞擊天體的成分（混在一起）。這是月球起源的未解之謎，令研究人員非常頭疼。

為了圓這個漏洞，科學家們開了不少 “腦洞”

科學家提出了幾種解決方法。一個說法認為，撞擊地球的天體恰好與地球有相同的同位素組成。玄田教授指出，雖然可能性不是零，但通常情況下是不可能的，可以說這是一個過于牽強的說法。

還有一種說法認為，撞擊地球的天體并沒有太多碎片飛散，而被撞擊的地球卻有大量碎片飛散。不過，火星那么大的天體撞擊到地球時，撞擊角度恰好只讓地球飛散出大量碎片的概率非常低。

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因此，科學家在2017年提出了“多次碰撞假說”。也就是說，不是巨大天體撞擊了一次地球，而是小型天體多次撞擊了地球。與巨大天體撞擊地球相比，如果是體積較小的天體撞擊地球，只有地球飛散出大量碎片的概率更高。因撞擊而四處飛散的地球碎片在地球周圍形成了類似土星的環(huán)，環(huán)的成分（地球碎片）最后聚集成一顆小衛(wèi)星。通過這種方式形成的幾個小衛(wèi)星進一步合并，從而形成了現在大小的月球。模擬結果顯示，直徑約為火星十分之一的天體每幾百萬年撞擊地球20次左右的話，僅靠地球的碎片就能形成月球。

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以多次撞擊假說為首，科學家提出了幾個解決同位素組成問題的方案。但玄田教授認為“這些方案假設太多，設定太牽強，都缺乏決定性因素”。

那么，有解決的辦法嗎？玄田教授指出：“由于目前處于僵局，所以要采取與以往不同的策略。例如，如果弄清楚火星等其他行星的衛(wèi)星起源，也許可以作為參考?！彪m然火星有火衛(wèi)一（Phobos）和火衛(wèi)二（Deimos）兩顆衛(wèi)星，但它們的起源還不清楚。

為此，JAXA（日本航天局）計劃于2024年發(fā)射探測器，從火星的衛(wèi)星取樣并送回地球。就像從月球巖石獲得了各種信息一樣，科學家期待從火星衛(wèi)星的樣品中也能獲得有關其起源和進化的寶貴信息。例如，如果我們知道火星的衛(wèi)星也是因巨大撞擊事件而形成的，就能知道這種現象在太陽系中并不少見，這對探索月球的起源有很大的參考價值。

關于地球環(huán)境的形成與變化、生命的歷史，還有很多未解之謎。比如地球上的水量是由什么決定的？為什么能形成浩瀚的海洋？傳說中的 “雪球地球” 時期，地球真的凍成了一個大冰球嗎？那時的生命如何存活？這些精彩的探索，都能在《科學世界》2024年第4期中找到更詳細的解讀。想知道答案？快去雜志里挖掘地球更多的億年奧秘吧！