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1 月球的起源 -月球的起源


 

月球是地球的一個富有神話色彩的近鄰。雖然,在本世紀60年代美國「阿波羅」宇宙飛船就登上了月球,但是關於它的謎卻是有增無減,其中最大的謎是月球的起源。

通常,探討月球的起源有幾個問題是必須考慮的。年齡問題:根據一些元素的同位素的研究,可以證實,月球的年齡與地球相近,它大約也是在46億年前形成的;質量問題:月球質量約為地球的1/81,平均密度為每立方厘米3.34克,大致相當於地幔的平均密度,因此,月球核心不可能是一個很大的鐵質核心;成分問題:月球的化學元素全部可以在地球上發現,但是,月岩中所含的鋁、鈣和鈦等化學元素比地岩中要多6倍,而鐵、鈉、鎂卻很少;軌道問題:九大行星的衛星多在行星的赤道面附近去動,而月球的軌道卻與地球赤道面差120度,而與黃道面較接近。

對這些問題,眾說不一。從而月球的起源問題,就更難得到圓滿的解釋。目前主要有以下幾種說法:

第一,分裂說。認為最初月理只是地球赤道的隆起部分,在太陽的引力和地球的快速自轉作用下,月球「飛」了出去,分裂為衛星。但是地球的慣性離心力要達到把月球拋出去的程度是不可能的,而且兩者的化學構成也有很大差別。

第二,俘獲說。認為月球原先是太陽系裡的一顆普通的小行星,在一次偶然的機會中它行近地球時被俘獲,而成為地球的衛星。但是軌道問題卻無法解釋。如果小行星從於球旁經過,它只能略微改變一下其軌道,是不可能被地球俘獲過來的。

第三,同源說。認為二者都同時從一個快速施轉的塵動作雲中產生出來,但為什麼它們的化學成分卻相差很大呢?

以上假說都有各自的缺陷,於是,有人提出一個新假說,認為是一顆小行星猛烈撞擊地球,擄去一大片物質,最後才形成今天的月球。這一撞擊使地球軌道面發生傾斜,而被撞擊出去的物質卻佔據了原先地球赤道的位置。當然,這只是又一個假說,還有許多問題有待研究。

月球的起源月球的起源

2 月球的起源 -月球起源新說

 

月球來自哪裡?這是一個人們在不斷探求的問題,近年來,隨著行星演化理論的飛躍發展以及現代電腦技術的廣泛應用,又出現了一種月球起源的新學說,叫做新俘獲說。

從行星演化看月球起源


近幾年來,科學家們以現代行星演化理論為基礎,用計算機計算了在太陽系形成的初期,作用於太陽、地球、月亮三者之間的力以後,得出了一種新的月球起源學說。科學家們認為,月球是在地球形成的初期,在地球的引力範圍內被地球所俘獲的;而這種現象在當時又是極為普遍的現象。這種新學說,即所謂新俘獲說。
新俘獲說與過去的舊俘獲說不同。舊說僅從地球引力來考慮月球起源;而新說是從整個太陽系行星形成過程來研究月球起源的。新說認為太陽系九大行星及若干衛星,包括月球在內,都起源於原始太陽系星雲。原始太陽系星雲是46億年前在原始太陽周圍形成的一片薄圓盤狀星雲。星雲中含有固體微粒子。大量微粒子逐漸集聚在星雲赤道平面上,形成一片很薄的固體粒子層,隨著微粒子密度的加大,自身引力也越來越強,到一定程度其穩定性便遭到破壞,粉碎成半徑為5公里左右的很多小天體,即小行星。整個太陽系起初是由約一兆個小行星構成的。無數小行星在星雲氣體中圍繞太陽旋轉,互相碰撞,逐漸凝聚成長,形成大小不同的行星。我們的地球就是這樣,大約經過一千萬年才長成現在這麼大的。
行星是在星雲氣體中成長的。地球的幼年時期周圍覆蓋著濃厚的星雲氣體,這種氣體叫做原始大氣。由於當時太陽活動特別激烈,強大的太陽風逐漸吹散原始大氣,後來包圍地球的原始大氣也逐漸稀薄,飄散掉。
月球也起源於原始太陽系星雲,與地球演化過程大體相同。月球是在地球剛到成年,原始大氣開始逸散之際飛近地球引力圈的,這樣便成了地球的俘虜。

月球的起源月球的起源

俘獲月球的四種力


月球進入地球引力圈后,受到很多力的作用才留在衛星軌道上繞行。俘獲月球主要有四種力,即地球引力、太陽引力、潮汐力和原始大氣的阻力。
一般來說,飛進地球引力圈的小天體,包括月球在內受到最大的力就是地球引力。然而,僅有地球引力,俘獲后的小天體軌道未呈橢圓形。地球引力加上太陽引力之後,使小天體軌道有了改變。在地球和太陽引力作用下,進入地球引力圈內的小天體的軌道也不完全是橢圓形的,而且飛行若干周之後必然脫離引力圈跑掉,不可能留在衛星軌道上。
但是,月球並未脫離地球引力圈跑掉,這是由於原始大氣的阻力在起作用。地球引力圈內的原始大氣阻力對飛來的月球起了急劇的制動作用,使月球失去一部分能量,軌道半徑變小,便跑不掉了。
如此說來,月球因受大氣阻力作用軌道半徑越來越小,豈不是早晚也得掉到地球上來,與地球相撞嗎?不必擔心,當月球飛進地球引力圈時,原始大氣已開始逐漸飄散,月球所受的大氣阻力越來越小,原始大氣消失后,月球所受阻力也隨之消失,因而軌道半徑沒有變小,也沒有與地球相撞。
大氣阻力消失后,還有潮汐力在起作用。在潮汐力作用下,月球公轉速度加快,離心作用強化,軌道反而向外推移。通過觀測得知,目前月球軌道半徑事實上每年大約增加3厘米。
在上述四種力的作用下,使月球在被俘后既未掉到地球上來,也沒跑到引力圈外去,始終在衛星軌道上運行,與地球長期相伴。

月球的起源月球的起源

 

俘獲是普遍現象

行星俘獲小天體是行星演化進程中的一種普遍現象,不僅地球這樣,太陽系其他行星也有這種現象。不少行星都各有自己的衛星,就是最好的說明。地球在形成過程中,曾有許多小天體飛到引力圈內來,其中一部分小天體直接與地球相撞,其餘大部分在繞地球飛行期間,因原始大氣強大阻力使軌道半徑變小,最後終於落到原始地球上來。地球是在不斷「吞掉」這些飛來的小天體當中成長起來的。

月球被俘獲時間比其他小天體都晚,月球是在地球凝聚末期、原始大氣逸散初期被俘的。月球被俘的最初10—100年期間,和其他小天體一樣,軌道半徑也在縮小,但原始大氣消失后,月球軌道半徑有了改變,月球後來的離心傾向使它倖存下來,免被地球「吞掉」。法國科學家F·米古納曾對月球被俘后軌道變化的趨勢作了計算。剛被俘的月球距離地球較近,1千萬年後月球軌道半徑為地球半徑的20倍,1億年後為35倍,46億年後達到60倍,即現在的位置。

自從俘獲月球后,地球幾乎再也沒有俘獲其他小天體。因為已有月球繞地球飛行,如果再有其他小天體飛來,依據天體力學原理,不會處於穩定狀態,它不是掉到地球上來,就是飛出去,再不就是落到月球上去。所以,地球只有月球一個衛星陪伴。
俘獲現象是普遍的,整個太陽系行星都是如此,只有金星是個例外。金星的自轉速度很慢,約250天自轉一周,不可能俘獲行星,因此至今還孑然一身漫遊在天空。
新俘獲說從行星演化的整體上闡明了月球的起源以及被俘經過,是目前解釋月球起源問題最有權威的學說。但這一新學說還有一些尚待研究的問題,例如,沒有原始大氣阻力能否俘獲衛星?順行性衛星和逆行性衛星的被俘有何不同?等等。經過科學家們的反覆研究,人類對地球起源問題必將有一個正確而全面的認識。

參考資料:yw5335252.51.net/zy/zy.htm

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