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地球和月球在整个太阳系中独一无二。其他行星要么有多个卫星,要么没有,而我们和月球的质量比非常特殊。因此,月球的起源问题成为了行星演化的重要课题。
目前的主流理论认为,月球是地球的“孩子”或“兄弟”,由相同材料在太阳系相同区域形成。然而,新的研究挑战了这一观点,提出月球可能是被“收养”的,原本来自太阳系的其他地方,后来被地球引力所吸引。
宾夕法尼亚州立大学的天文学家Darren Williams和Michael Zugger通过计算发现,地球这样的类地行星有可能通过引力捕获卫星,这为我们今天观察到的地球-月球系统提供了新的起源可能性。
“大碰撞假说”是解释这种相似性的主流观点:一个巨大的物体撞击地球,导致的碎片重新聚集成月球。
不过,还有其他方式可能导致两者的相似组成。月球可能是在一个蒸发行星的云团中形成的,或者与地球同时从围绕太阳的尘埃云中形成。
在太阳系中,我们见证了多种获取卫星的方式。如果两个天体以正确的角度和速度相遇,它们可以通过引力结合,进入稳定的长周期轨道。
与地球和月球相关的特定情景被称为“二元捕获”。在这种情况下,两个已经引力绑定的天体经过一个第三天体,这个第三天体捕获了二元系统中的一个,从而将它们分开。
太阳系中有许多双星体,最近发现了双重甚至三重小行星。还有证据表明,海王星的卫星特里同(Triton)就是通过三体引力交互产生的二元捕获。特里同的轨道方向与其他海王星卫星相反,表明它是从库伊伯带被“偷走”的。
Williams和Zugger指出,月球绕地球的轨道与预期的碎片云起源并不完全对齐。因此,他们进行了数学建模,研究月球大小的物体是否可能被地球捕获。
根据他们的计算,地球甚至可能捕获更大的物体,比如水星或火星大小的物体,尽管那样的轨道不稳定。但月球大小的物体有可能进入一个椭圆轨道,随着时间变得更加圆形,并以每年约3.8厘米的速度逐渐远离地球。
所以,这种可能性存在。但它的概率如何?还有其他特性,比如矿物和同位素的相似性,更符合两者之间的密切关系,而非捕获情景。
这项研究为我们提供了探索和研究的新途径,帮助我们理解不仅是我们自己的星球,还有如何在其他恒星周围形成类似系统。由于月球在地球生命演化中扮演了重要角色,这可能帮助我们找到银河系中其他可居住的世界。
“没有人知道月球是如何形成的,”Williams说。“在过去的四十年里,我们只有一种可能性。现在,我们有了两种。这为进一步研究打开了新的问题和机会。”
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