月球本雙生時（下）

文/科里·S.鮑威爾 譯/晨飛

阿斯普豪格的整個職業(yè)生涯都用來研究這種碰撞過程的精妙，最初在加州大學(xué)圣克魯茲分校，2012年之后在亞利桑那州立大學(xué)。這些年來，他對主流的大碰撞理論貢獻(xiàn)巨大，幫助優(yōu)化了忒伊亞模型。他說：“每天起床，我都面臨著吸積理論不完善但又復(fù)雜的現(xiàn)狀。”他對一類叫作近吸積的事件產(chǎn)生了興趣，在這類事件中，兩個行星不完全碰撞。他將

大碰撞看成是許多可能性中的一個，在這一系列可能性中，既包括稀松的合并事件，也包括碰撞之后逃逸的事件（碰撞逃逸對行星造成的影響不大，雙方都能基本完整地保存下來）。

“我在研究生時期學(xué)到的最重要的經(jīng)驗(yàn)，是意識到在行星科學(xué)中，只需稍做一點(diǎn)兒工作，你就會碰觸到這門學(xué)科的知識極限。這跟物理學(xué)不同，物理學(xué)有400多年的積累，在找到一個新的、尚未被解答的科學(xué)問題之前，你必須做海量工作。”阿斯普豪格說，“在行星科學(xué)中，大量的基礎(chǔ)問題都還沒有很好的答案。剛?cè)腴T的人經(jīng)常說這樣的話：‘你真的這么認(rèn)為嗎？真的嗎？好啊，我也有一個好的想法。’”

阿斯普豪格在會議室里的頓悟，使他開始思考在大碰撞后發(fā)生了什么。行星科學(xué)家通常認(rèn)為在那次沖突中只產(chǎn)生了一個月球，但這并不是唯一的可能。阿斯普豪格關(guān)于兩個月球的理論，和彗星的計(jì)算機(jī)模型可以極好地契合。“我們認(rèn)為是雙月碰撞。這種想法的產(chǎn)生其實(shí)是個巧合。”他說。

不是一個月球，而是兩個？天體撞擊產(chǎn)生了山體滑坡而不是毀滅？好吧，這些我們回頭再談。

哈佛大學(xué)的馬蒂亞·丘克提出了第二個月亮從何而來的假說，填補(bǔ)了該領(lǐng)域的第二項(xiàng)空白。大碰撞產(chǎn)生了一個繞地球旋轉(zhuǎn)的、由蒸發(fā)的巖石組成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。丘克認(rèn)為，在這個環(huán)狀結(jié)構(gòu)中有兩個穩(wěn)定點(diǎn)，分別位于月球前端60°和統(tǒng)一軌道月球后端60°。這兩個穩(wěn)

定點(diǎn)就像重力潮汐池，平靜、沒有擾動，允許第二個小一點(diǎn)的天體形成。丘克并沒有給伴月命名，但是為了表述方便，我叫它恩底彌翁，希臘神話中月球女神塞勒涅的愛人。

最初，月球和恩底彌翁和平共處，但是隨著時間推移，情況發(fā)生了一些變化，就像浪漫的愛情故事中那樣。重力作用導(dǎo)致月球旋轉(zhuǎn)著遠(yuǎn)離地球，整個系統(tǒng)的動力作用產(chǎn)生偏移。恩底彌翁失去了平衡，投入愛人的懷抱。丘克認(rèn)為恩底彌翁最終瓦解，像一場小行星暴風(fēng)雨一樣降落在月球上。

但阿斯普豪格看到了一種與此不同的可能性。

“當(dāng)天體共軌道的時候，它們的相互碰撞非常緩慢，跟一般物體的降落速度相似，所以不會產(chǎn)生沖擊或者大規(guī)模的熔解。”阿斯普豪格說，“與其說它像一次巨大的沖擊，不如說像一次宇宙中的山體滑坡，是你能想象的最大規(guī)模的山體滑坡。”碰撞后期，恩底彌翁殘留的部分會以每秒數(shù)百米的速度滑落，這一速度比最初啟動這一過程的大碰撞的速度小得多。

“如果進(jìn)行數(shù)學(xué)演算，你就會在撞擊點(diǎn)得到一個凸起的物質(zhì)塊，這是一個由更低密度的物質(zhì)組成的加厚地殼。”阿斯普豪格說。這一模型得到的圖形，與月球背面的實(shí)際地殼相吻合。他推測恩底彌翁的直徑必須達(dá)到1000千米，才能滿足附加在地殼中的質(zhì)量。這是一個合理的大小，大概是現(xiàn)在月球直徑的1/4。這樣一個小型天體在1億年中就會冷卻下來，這與恩底彌翁開始變得不穩(wěn)定的年代大致相同。它在月球表面瓦解的時候，會在整個半球的范圍內(nèi)產(chǎn)生碎石，可以很好地解釋月球背面加厚的地殼。

雙月碰撞理論還有一些引人入勝的結(jié)果。在月球背面降落的巖石重量，會把富含放射性元素的熔解物質(zhì)朝另一個半球的方向壓縮。阿斯普豪格說：“這不但導(dǎo)致地殼不對稱，也導(dǎo)致熱力學(xué)不對稱。”熱量向月球一端匯集，導(dǎo)致月球表面擴(kuò)張，產(chǎn)生了GRAIL觀測到的巖漿脈。看吧，背面的地殼增厚，正面的火山運(yùn)動，以及神秘的月球山脈，都由這種理論很好地解釋了。

至于雙月碰撞理論能否完全解釋那個引發(fā)了這場討論的不對稱現(xiàn)象，也就是集中在月球正面地表的暗斑，阿斯普豪格的信心并不是很充足。他說：“這有點(diǎn)勉強(qiáng)，因?yàn)樵斐稍虑驇r漿海的巖漿噴發(fā)是在很久之后，大約是月球形成的10億年之后。”不過，他的理論通過解釋月球背面增厚的地殼和正面集中的內(nèi)熱，給解釋巖漿為什么更多地在正面的半球噴發(fā)提供了合理的條件。

我越聽阿斯普豪格講，越覺得他說得有道理。雖然雙月碰撞理論無法解釋月球所有的不平衡現(xiàn)象，但它確實(shí)解釋了其中很大一部分。但在進(jìn)展緩慢的月球科學(xué)領(lǐng)域中，阿斯普豪格的理論得到的反饋很少。不是一個月亮，而是兩個？天體撞擊產(chǎn)生了山體滑坡而不是毀滅？好吧，這些我們回頭再談。

普渡大學(xué)的行星科學(xué)家杰·梅洛許是GRAIL任務(wù)中的一員，他提出了一個需要考慮的問題，那就是月球背面和正面的密度是一樣的。“很可能恩底彌翁和月球的密度本來就一致，但是這種一致至少使阿斯普豪格的假說更難站得住腳了。”梅洛許說，“它并不是我們認(rèn)為的大碰撞之后應(yīng)該有的那種樣子。”像丘克那樣的動力學(xué)專家更傾向于支持這種模型。最終，焦點(diǎn)并不在于有任何反駁雙月碰撞理論的證據(jù)（真的找不到這樣的證據(jù)），而在于沒有足夠確切的證據(jù)去支持它。

阿斯普豪格同意這一點(diǎn)。“我們或許已經(jīng)有了一個可以解釋很多問題的假說，但是從某種程度上說，它是無法驗(yàn)證的。”他說，“目前我們特別需要數(shù)據(jù)。”一種推進(jìn)這一研究的方式是在月球上建立一個地震臺站，讀取月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的完整歷史數(shù)據(jù)。無論在大碰撞（假設(shè)它存在）中發(fā)生了什么，或是在雙月碰撞（同樣，假設(shè)它存在）中發(fā)生了什么，它們一定都在月球內(nèi)部留下了自己的痕跡。2016年，美國航空航天局將啟動“洞悉”計(jì)劃（InSight），一個建在火星上的高精度地震臺站，但是在月球上進(jìn)行同樣任務(wù)的提議都被

否決了。“美國在20世紀(jì)70年代叫停登月計(jì)劃是一件很令人難過的事，”阿斯普豪格說，“我覺得最終得到答案的可能是中國人。”

阿斯普豪格說，月球地表地貌傳達(dá)的終極信息是，行星形成是一個不那么嚴(yán)格的、具有創(chuàng)造性的和相當(dāng)多樣化的過程。

幸運(yùn)的是，這個陰沉的評論并不是事情的終點(diǎn)，因?yàn)檫€有另一種途徑——或者說一整套途徑——來檢測阿斯普豪格的模型，研究行星和月球形成演化的過程。阿斯普豪格說，近吸積過程的證據(jù)廣泛存在于我們周圍：彗星可能保存著遠(yuǎn)古碰撞的層次結(jié)構(gòu)，歐空局的“羅塞塔”任務(wù)會對此進(jìn)行研究;冥王星和它的衛(wèi)星卡戎，或許是在與月球形成方式類似的一次大碰撞中產(chǎn)生的;火星具有獨(dú)特的南北不對稱性，“洞悉”計(jì)劃將幫助研究碰撞是否是導(dǎo)致這種不對稱性的原因。

阿斯普豪格在運(yùn)行自己模型的同時，想到了更多可供研究的地方。2013年，在《伊卡洛斯》上發(fā)表的一篇文章中，他提出土星復(fù)雜的衛(wèi)星系統(tǒng)或許是多重碰撞和合并的結(jié)果，是產(chǎn)生月球的這種過程的一個更復(fù)雜的版本。他還認(rèn)為，水星可能是由多個撞擊逃逸事件產(chǎn)生的，這可以解釋它致密且含鐵量高的結(jié)構(gòu)，以及在它灼熱的地殼中為什么不可能存在水分。

阿斯普豪格說，月球地表地貌傳達(dá)的終極信息是，行星形成是一個不那么嚴(yán)格的、具有創(chuàng)造性的和相當(dāng)多樣化的過程，而這種過程被大多數(shù)人忽略了。他希望自己沒有漏掉其中任何一個部分。“運(yùn)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)程序，我們可以探索一個很大的參數(shù)空間，”他以2010年驅(qū)使自己進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室研究雙月碰撞模型時的那種熱情說，“這種研究樂趣從來不會終止。”