月球到底是如何形成的？

目前对于月球的成因还没有一个让人完全信服的解释，不过已经有相对主流的，被多数人接受的说法了，就是撞击形成说。

撞击形成说之经典版本

比较经典的撞击形成说认为，大约在 45.5 亿年前，也就是太阳形成后 5000 万年左右，一颗火星大小的天体“忒伊亚”撞击了原始地球，撞击将物质抛射到地球轨道上，这些物质在地球周围形成了一个巨大的碎片环，随后吸积形成了月球。

NASA 还制作了一个动画视频，演示了撞击形成月球的过程：

https://www.zhihu.com/video/1989697308825262070

在撞击发生时，原始地球的质量约为现在的 90%，肇事者忒伊亚则是一颗直径与火星相当，质量约为地球的十分之一的行星。二者没有直接撞击，而是稍微擦了个边，这使得撞击喷出的物质形成了一个长长的物质流，围绕着“重伤”的地球旋转，并最终在引力作用下凝聚成了月球。

这种撞击模式使得忒伊亚的大部分内核融入了地球之中，反过来留给月球的“值钱”物质就没那么多了，只给月球留下了一个直径不到 700 公里的铁核，只占了月球大小约 20%，比例远小于大多数岩石星球（通常为 50%）。

这次撞击释放的能量十分惊人，可能有数万亿吨物质被汽化和熔化。地球某些区域的温度甚至升至 1 万℃。

凝聚成的月球更是度过了地狱般的岁月，大量挥发性物质在撞击中流失，重新吸积过程中释放的能量在月球表面形成了岩浆海洋，深度达到了 500 公里至 1737 公里。炽热的岩浆足足翻滚了 2 亿年才慢慢冷却。

新形成的月球与地球的距离约为现在的十分之一，如此接近的距离使得潮汐摩擦现象十分显著，地球的自转角动量不断转移至月球，并抬升了它的轨道，最终导致月球被地球潮汐锁定，只有一面面对地球。

2023 年的一项研究表明，地幔最下层存在巨大的高密度区域，物质构成与周围地幔截然不同，密度比原始地球地幔高 2.0%至 3.5%，很可能就是忒伊亚地幔的残余部分。这也支持了撞击假说。

撞击形成说之进阶版本

撞击说能够完美解释地月比例，地月轨道等诸多事实，但也有许多悬而未决的问题。

比如，对月壤样本的分析显示，月球岩石在氧、钛、铬、钨、钾等元素的含量上与地球岩石完全相同，氧元素的同位素特征也一样，但与其他太阳系天体不同。这意味着二者应该有着共同的起源。忒伊亚与原始地球几乎不可能具有相同的化学成分，这意味着月球不是像从前设想的那样，大部分由忒伊亚的碎片形成。

此外，地月系统的角动量也颇为特殊。一般行星系统中，角动量主要来自行星的自转，卫星的公转角动量占比不高。但地月系统恰恰相反。地球自转只提供了 20%的角动量，其余 80%都来自于月球的公转。撞击吸积理论并不能很好的解释这一现象。

因此，很多科学家在撞击说的基础上打了一些补丁，发展了一些新理论，比较新的是 2022 年发表的“撞击后直接形成卫星说”。

该理论认为，忒伊亚撞击地球后并不是形成了碎片流，而是在某种特殊角度的撞击下直接撞掉了一块大碎片，这片碎片飞到地球的洛希极限外，因此没有被扯碎，并在此基础上开始凝聚物质，最终形成了大约由 60%的原始地球物质组成的月球。

这个理论很好的解决了月球与地球元素相同和月球角动量过高的问题，也解释月球的倾斜轨道的来源。

除此之外，还有很多诸如“并非是忒伊亚撞击月球，而是两个大小差不多的行星相撞”，“撞击并非一次而是多次，月球是不断积累慢慢变大”等等诸多进阶说法，但都有一些缺陷，就不展开讲了。

百家争鸣的假说

当然，除了“撞击说”和它的变体之外，还有许多完全不同的理论解释月球的来源。其中既有比较经典的“捕获说”，也有已经被主流抛弃的“裂变说”和“吸积说”，甚至还有天马行空的“核爆炸说”。可以说是百家争鸣了。

捕获说

“捕获说”曾在上世纪流行了一段时间，该理论认为，和很多行星系统一样，月球是在一次偶然的邂逅中被地球吸引，来到了地球身边，双宿双飞直到现在。

虽然听上去挺浪漫，原理上似乎也没啥漏洞，毕竟木星土星的很多卫星都是这么来的。但实际上，该理论有很多细节上说不过去的地方。

相对于地球来说，月球实在是太大了，想要捕获这么大的天体，必须有非常特别的机制让月球能够快速减速，避免直接撞上地球或者与地球擦肩而过。这就得假设地球拥有非常浓密的大气层，用来充当二者间的刹车片。但对地球的地质研究表明，地球似乎并不存在这样的时期。

此外，捕获说也无法解释地月的同源性，也就是元素含量和同位素特征相同。因此，捕获说成立的可能性并不高。

裂变 / 吸积说

这两个假说都已经过时了。

裂变假说认为，早期的地球自转速度特别快，以至于把自己转“散架”了，抛出的物质形成了月球。这个假说能够解释地月的同源性，但问题是，按照这个理论，月球应该沿着地球赤道运行，但事实并非如此。此外，也没有证据证明地球曾如此疯狂的自转过。

吸积说则认为，地球和月球来自于同一片星子，是手拉手一起形成的，原理跟双星系统差不多。这个理论同样能解释地月的同源性，但无法解释月球那小的可怜的铁核和高的离谱的角动量。

核爆炸说

这个理论其实是在分裂说的基础上提出的，只不过更激进了一些。该理论认为，月球是由地球内核中的锕系元素产生核爆炸形成的。原始地球自转产生的离心力会钍和铀等重元素集中在赤道平面以及地球外核和地幔的边界处。如果这些放射性元素的浓度足够高，就可能引发超临界核链式反应，导致核爆炸，并将月球抛射到轨道上。

这个理论也能够解释地月同源性，但多少显得有些天马行空了，并且只有理论模型计算，缺乏足够的证据。

月球的未来

无论哪个理论是正确的，至少我们能确认的一点是，在地球形成仅 3000 万年后，月球就已经出现在地球身边，陪伴地球一起走过了 45 亿年的漫漫岁月。

在这漫长的时光里，它们互相拉扯，彼此影响，最终使月球被潮汐锁定，也让地球的一天从 6 小时拉长到 24 小时。未来，月球还会继续给地球自转减速，大约 500 亿年后，地球也会被月球潮汐锁定。不过，太阳可活不了那么久，所以那一天应该不会到来。

潮汐作用带来的角动量转移，仍然在不断抬升月球的轨道。月球目前在以 3.8 厘米 / 年的速度远离地球，这个速度跟指甲生长的速度差不多。在李白的年代，月亮要比现在近了 50 米，他眼中的月亮理论上是比我们看到的更大的（当然这个差距其实肉眼根本分辨不出）。而再过几亿年，月球会小到再也无法遮住太阳，那时候的人们就看不到日全食的奇观了。

额外说一句，题目里也提到了太阳比月球大了近 400 倍，距离恰好也远了 400 倍，因此太阳月亮看上去是一样大的。这个确实很神奇，但大多数天文学家相信这只是个巧合而已。

不过，要是认为月球终有一天会离地球而去，还是想的太简单了，因为太阳不允许。

50 亿年后，变成红巨星的太阳半径会膨胀现在的 256 倍，略大于目前的地日距离。虽然地球也会因为太阳物质减少，引力变弱而远离太阳，但很可能仍然逃脱不了被太阳吞没的命运。

但月球很可能不会与地球“同年同月同日死”。当变大的太阳逐渐接近地球时，地球附近的物质浓度会随之增加，摩擦力变大，这会导致月球轨道衰减。当地月距离小于地球的洛希极限时，月球就会被扯碎，变成物质环，最终融入地球。

我们本源自一体，在空寂的黑暗中遥遥相伴，凝望着彼此，渡过了 100 亿年的漫漫岁月。最终，终于又重新拥抱在一起，回归一处。

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