月球本双生时（上）

科里·S. 鲍威尔

半个多世纪以来，月球一直在嘲弄科学界最杰出的头脑。埃里克·阿斯普豪格认为，这种状况应当适可而止了。

这种嘲弄始于1959年10月7日，阿斯普豪格出生前3年。这一年苏联的“月球3”号太空飞船绕到月球背面，拍下了一系列画质粗糙的独特照片，并把它们用无线电传送回地球。因为月球的自传和它的公转是完美同步的，因此一个半球总是朝向地球，而另一个半球总是背对地球，从来没被人看到过。“月球3”号传回的月球背面的照片中，月表由一片崎岖

的灰色高地构成。这种景象，与月球正面那些充满魅力的、令人浮想联翩的地貌完全不同。用不着请教行星科学家，谁都能看出这种分裂特征的奇怪之处。“我还记得，在我是个小男孩的时候，看见展示月球背面的画面，心里想，一个星的两边居然可以如此不同，真是神奇。”阿斯普豪格说。

时光转瞬到了2010年，此时的阿斯普豪格已经是加州大学圣克鲁兹分校的一位地球和行星科学教授了。在一次专题座谈会上，阿斯普豪格仍旧等待着能够有一种理论，能解释月球强烈的不对称性。在聆听他的同事伊恩·加里克·贝瑟尔描述自己的观点时，阿斯普豪格越来越坐立不安。在这种最新的理论中，亿万年前，地球的重力引起了月球上强大的潮汐，而此时的月球仍然年轻，并且是熔融的。这些潮汐的突起就在原地固定，形成月球背面更厚的地壳和特殊的地貌。阿斯普豪格认为，这个理论毫无道理可言，“如果是这样，那么正面和背面都会产生突起，就像在地球上产生高潮时那样”。但是，这个理论的全部要领，就是要解释为什么只有背面产生了突起。“答案只能是有一种奇迹将另一半的突起全部抹平了。可是，这让这个问题比之前更加难解。”

月球的正面与背面

阿斯普豪格不只是感到烦闷，他也受到了鼓舞。他研究低速冲击模型对早期太阳系的影响已经很多年了。“人们一直认为只有高速运动的物体才会产生冲击，这是一种有失偏颇的看法。”低速冲击事件是建设性的，而不是破坏性的： 如果两个物体之间的碰撞足够慢，它们会黏附在一起，“就像朝房子的墙上扔泥巴，或者打雪仗时互相扔雪球那样”。阿斯普豪格认为，低速冲击可以解释彗星的形成。这一刻，他感到月球地貌这个问题的答案就在他眼前。 他找到自己的博士后——马丁·朱茨（现在在伯尔尼大学），阐述了自己的想法：如果地球本来拥有两个月球，后来融合成了今天我们看到的这一个呢？

“在那次研讨会之后，我们径直去了实验室，马丁对月球被它的伴侣撞击的情形进行了编程模拟。”阿斯普豪格说。这些计算结果展示了关于月球不对称性的全新阐释。在阿斯普豪格看来，月球背面那些崎岖的高地曾经是围绕地球运动的第二个月球，黏附到了现在这个月球上，因此月球背面看起来那么不同也就不奇怪了——它们本来就不是同一个天体。这种新模型对月球的远古起源和现代外貌提供了一个系统的描述，但在阿斯普豪格看来，这个概念应该更加深入。它展示了行星形成的一种更广泛、并且基本被忽略的过程：低速碰撞，就像亲吻时两个身体接触在一起。

像大多数理论一样，阿斯普豪格的双月碰撞模型是在前人研究的基础上发展而来的。事实上，最初对月球起源的科学描述也集中在两个不同天体的相互作用上，但是它阐释了一种分离，而不是结合。1878年，乔治·H.达尔文，也就是查尔斯·达尔文的儿子，提出月球是从快速旋转的初生地球上被甩出去的，就像一个任性的孩子从旋转木马上掉下去那样。他推测，地球上因此缺失的一块，仍然可以在太平洋的洋盆中找到遗迹。

这个分裂假说存在了很长时间。我还记得自己是个孩子的时候，在我哥哥给的那些奇幻的科学书籍中，看到过这种描述。但是从动力学的角度上讲，这种假说是行不通的。没有一种可行的方式能让地球旋转得如此之快，以至于将其表面甩出去一部分;就算有，也不存在一种减少角动量的方式，让地球和月球的旋转减慢到今天这种速度。至于太平洋，它只是因板块运动而产生的板块间暂时的特征结构而已。月球在44亿年前形成的时候，太平洋并不存在。（不要责备达尔文，他的理论比板块运动学说早了90年。）

这种理论并没有解释摆在我们面前的问题：月球为什么会长成这样？

其他月球起源假说也随之而来，对月球和地球的关系有不同的解释，但是都存在着致命缺陷。美国宇航员T.J.J. 西认为月球是独立起源的星球，被捕捉到了地球的轨道中。这种假说的缺陷在于，地球产生的重力不足以完成这种诱捕。其他一些研究人员认为， 地球和月球在早期的太阳系中是合并存在的，法国数学家爱德华·罗什就是这种假说的坚定

支持者。这种假说的缺陷在于，当地质化学家研究了“阿波罗”宇航员带回来的月岩时，发现月球的物质组成缺乏易挥发性化合物。

这样看来，平行天体理论似乎更加接近实际。然而，从其他方面来说，月球的化学和地球是非常相似的——事实上是奇怪地相似。月球岩石中两种氧含量的比例与地球岩石几乎完全一致。氧含量比例就像一个ID标签，告诉你一种东西是在哪里产生的。陨石有自己的独特比例，火星有自己的独特比例，只有月球看上去就像是地球的双胞胎兄弟。因此， 总的来说，月球跟地球一点都不相似，但它又跟地球完全类似。这又是一个需要被解释的精细不对称性。

行星科学家研究了所有复杂证据，并且在一个新的创世神话上达成和解。这就是大碰撞理论，在1975年发表的两篇开创性的科研文献的基础上产生。在这一模型中，地球最初是没有卫星的。地球形成之后不久，和一个与火星大小相似的天体发生碰撞，这个天体通常被称作忒伊亚（希腊神话中月球女神塞勒涅的母亲）。碰撞产生的炼狱般环境导致地球

外层的一部分和忒伊亚一起蒸发，其中一些物质因此湮灭，但很大一部分在受伤的地球周围形成盘状结构。在很短时间内（或许只有10年），这个盘状结构就形成了月球。

尽管还存在不确定性，但大碰撞理论方便地涵盖了地月系统的大部分化学和动力学特征，它几乎被所有人认为是月球为什么会存在的最佳解释。然而，它并没能回答摆在我们面前的问题：月球为什么会长成这样？

这不仅仅是一个表面形态的问题。月球上的地形地貌是由固化的深色岩浆海形成的平原。由于某种原因，几乎所有的岩浆海都集中在朝向地球的一面。更普遍地说，在早期月球上，朝向地球的半球火山活动更加频繁。美国航空航天局的重力恢复与内部实验室计划（GRAIL）测量证实，月球背面的地壳厚度更大。执行任务的飞船同时发现，正面（ 并且只存在于正面）具有埋藏起来的长线状地貌系统，行星地质学家认为这是火山岩脉。一个明显的可能性解释是地球的重力造成了这种不平衡，但是物理上并没有一种可行性将它们联系起来。

“人们尝试解释这种不对称性已经很长时间了。经常有新的想法被提出来，它们会被讨论一段时间，但是最终都没了下文。”阿斯普豪格说。更经常发生的是，月球的这种双重特征被彻底忽视了。2013年秋天，加州理工学院的大卫·史蒂文森在英国皇家科学会主持了一场大型研讨会。在研讨会上，他笑着谈到自己的同事是怎样对待月球这个问题的：“房间里有头不容忽视的大象，但大家都心照不宣地绕过它，去看角落里蹲着的那只猫。”

在很多方面，阿斯普豪格的模型是当前关于月球形成的主流看法的有机延伸。事实上，也是对所有行星形成的主流看法的延伸。在早期太阳系中，围绕着新生的太阳，由星尘到岩石，由岩石到小行星，再由小行星到行星，依次逐渐积累形成，这一过程形成于45亿年前。从对陨石的分析到对幼年行星周围类似的吸积盘的观测，这个理论已经有海量证据支持了。在行星形成的同时，越来越大的天体相互撞击。阿斯普豪格说，这些撞击中有一些必须足够轻柔，使得相撞的两个天体黏附在一起，形成一个更大的天体。否则行星就会停止生长，太阳系会是一堆碎裂的石头。（待续）