月球的前世今生——看四十亿年来的变化

网友提问:如果我们拥有一台时光机,那么在四十亿年前,我们从地球上看到的月亮会是什么样的?

答:这个问题吸引人的部分是因为它会让你知道在这四十亿年终太阳系发生了怎样的变化。

月球的前世今生——看四十亿年来的变化

图解:这张艺术图描绘的是早期从地球看去的月球状态。

月球是在45亿年前形成的(其原因可能是地球和火星大小的原行星碰撞而成),月球形成的时候距离地球有4个地球半径的距离,即其轨道半径大概是1500——2000英里,而如今的平均轨道半径则是238000英里。(由于建立在一个拥有众多不确定因素的模型上,这个数字不过是一个近似值)

月球的前世今生——看四十亿年来的变化

图解:大碰撞说的动画示意图,忒伊亚在地球的L5点形成,然后摇摆着进入碰撞轨道。该动画以一年为步进,地球位置不变。视角为从地球南极看去。

在刚刚形成的时候,月球上十分炎热,它的全部表面都由岩浆石构成的“岩浆深海”。从地球上看它是现在月亮的15倍,并且散发着红色的光芒。

但是那是四十亿年前的月亮了!

月球的前世今生——看四十亿年来的变化

图解:从南极方向观看的一种建议的掠射路径

要知道,5亿年的时间不算短。早期,月球与地球之间的潮汐作用十分强,所以月球是被地球通过潮汐引力“锁”了一亿年。从那时开始,它的旋转周期就等于它的轨道周期,并且只有一面是朝向地球的。同时,月球的轨道半径开始频地扩大。大约在五亿年后,已经达到了20个地球半径的距离——即80000英里。这是现在的3倍大。这个图标显示的则是稍微晚一点的样子,但是已经非常接近了。

月球的前世今生——看四十亿年来的变化

再刚形成的一千万年内,一部分月球表面是冰冷且坚硬的。阿波罗号的宇航员返程时带回的古月岩说明了这一切。大约在四十亿年前,月球表面都是灰色的、坚硬的岩石,但是,好戏并没有结束。

月球的前世今生——看四十亿年来的变化

在41亿到38亿年之间,月球经历了一系列巨大的撞击。这些撞击在太阳系历史上属于被称为晚期混乱轰撞的一部分(尽管其细节,甚至本身的存在性仍处于激烈讨论中)。虽然并没有像这里描述的那样所有的轰撞同时发生,但它们一定是一个令人敬畏的景象。

月球的前世今生——看四十亿年来的变化

图解:古裂谷 – 可视地形 – 重力回溯及内部结构实验室) (2014年10月1日)。

在轰撞大时代,某此一个巨大的星体可能与月球失之交臂,却把它拉进了一个稍微不同的轨道。这就可以解释为什么月球的轨道与地球赤道的夹角约为5度。根据它形成的方式,月球一开始应该与地球轨道完全对齐。

月球的前世今生——看四十亿年来的变化

这些巨大的撞击伴随着大量岩浆喷涌而出,淹没了月面的大部分地区。40亿年前正是火山喷发的高峰期。那个时候月球上的高地看起来和现在差不多——都是灰色的岩石。但是,我们现在看到的月海在当时却是真正的熔岩海:在一些地方有巨大的火山喷泉,在另一些地方有炽热的熔岩,同时一些冷却的黑色玄武岩区域开始形成,最早的火山爆发便发生在那里。

月球的前世今生——看四十亿年来的变化

图解:NASA的可视化(数据,图标)有助于你了解那个时代发生的变化

38亿年前,大部分熔岩已经冷却形成光滑的黑色平原。在那个时候,月球看起来和现在差不多,只是缺少了一些陨石坑,这些陨石坑在月球表面留下了许多凹陷。月球上的火山活动迅速减少,并在10亿年前几乎完全停止。今天,我们看到的只是月球早期活动留下的伤疤。

月球的前世今生——看四十亿年来的变化

相关天文知识

大碰撞说,是一种解释月球形成原因及过程的假说,也可用于探讨金星及火星等类地行星的卫星生成。该假说认为在大约45亿年前(或太阳系形成后约2,000万到1亿年前的冥古宙),地球和一颗火星大小的天体发生撞击,残留的碎片形成了月球。这颗撞击地球的天体被称为忒伊亚(Theia),这名字是希腊泰坦神话里月神塞勒涅的母亲之名。

月球的前世今生——看四十亿年来的变化

图解:若相当于地球和火星大小的两天体发生这样的碰撞,可能会形成卫星。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3.forbes-觉青云咏

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