小行星體撞擊地球簡潔地說明了地月系的形成，但卻不能解釋月球的化學構成。
圖片來源：FAHAD SULEHRIA
在眾多對科學的貢獻中，阿波羅太空計劃讓地球物理學家獲得了關於月球起源的一個大統一理論：在太陽系誕生數千萬年後，一個如今已消失、大小與火星差不多的行星撞擊了地球，使周圍空間布滿了碎片。地球自我修復，而這些碎片停留在地球附近的軌道上，並逐漸增大形成月球。這種大撞擊理論的形成，部分來自於對太空人在1969年到1972年期間帶回來的382千克月巖的研究，這是行星科學的一次勝利。
然而事實可能沒有這麼簡單。
在過去10年中，越來越複雜的計算機模擬表明，該理論與地球化學家在太陽系其他地方發現的月巖和隕石情況不符。
上個月，在英國倫敦皇家學會的一個會議上，專家們討論了各種證據，但最終未得出定論，從而形成了一個更大的僵局。
在阿波羅計劃之前，行星科學家在月球形成方面有各種理論——例如，它由地球附近的灰塵和碎石積累而成等。但是，每種理論都有不可避免的缺陷。一些無法解釋月球的年齡，另一些則不能說明其圍繞地球運行的角動量。
大撞擊理論由William Hartmann和Donald Davis在1975年提出。最初該理論有些古怪，但隨著研究人員的深入研究，它似乎愈加可信了。
早期太陽系充滿了可能撞擊地球的星子。一顆質量是地球10倍的天體以適當的速度撞擊地球時，可以產生足以形成月球的物質。
大撞擊理論也可以解釋阿波羅計劃中的3個關鍵發現：月球的年齡、在形成初期溫度很高的證據以及與地球的化學形成相似。在1984年於美國夏威夷科納召開的一次會議上，科學家接受了該模型，印第安納州普渡大學的Jay Melosh表示：「該模型在10年或者20年的時間裡，工作得非常出色。」
後來事情逐漸複雜起來。在阿波羅取得月巖的同時，研究人員開始研究隕石中不同化學同位素的比率。特別是隕石和太陽系其他部分中的氧-16、-17、-18的豐度大相逕庭，於是科學家開始將同位素比率作為巖石起源的標記。
然而，月球巖石的同位素比率與地球巖石的頗為相似。「在氧同位素比率上，月球和地球幾乎無法區分。」Melosh說。其他元素的同位素也是如此。
1986年，新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室的一個研究團隊發表了對大撞擊的首次計算機模擬，人們開始對大撞擊理論產生質疑。該模型很粗糙——只用3000個粒子來模擬地球—月球系統，但是結果卻很明確。他們清楚地顯示出，在經歷足以產生月球的大撞擊後，月球所含有的物質幾乎全部來自於碰撞天體。
最近更多的模擬結果也是如此。2004年，科羅拉多州博爾德市西南研究所的Robin Canup運行的12萬粒子模型顯示，標準的大撞擊會使月球80%的材料都來自於碰撞天體。只有在原始地球和碰撞天體的成分非常相似時，這種不均勻的物質混合才能解釋同位素的研究結果，這樣的話，原始地球和碰撞天體必須是在相似條件下形成的。
2007年，這種想法受到了加州理工學院David Stevenson及其當時同事Kaveh Pahlevan發表的一篇論文的打擊。在研究中，他們對碰撞天體和地球如何在年輕的太陽周圍形成進行了建模，發現即使地球與碰撞天體在相似的軌道上形成，其構成也會非常不同，從而形成不同的同位素比率。
「大撞擊理論有嚴重的問題。它的原理並不會產生我們所看到的月球。」Stevenson在會上說。
一些科學家想重新考慮整個大撞擊理論。去年，哈佛大學的Matija Cuk和Sarah Stewart提出，碰撞天體要比想像中小得多——只有地球質量的1/200——移動速度卻快得多，原始地球旋轉速度很快。該模型可以產生一個幾乎全部材料都來自地球地幔的月球。
不幸的是，在該模型下，地月系統產生的角動量是今天的兩倍。不過，Cuk和Stewart也提出了一個解決該問題的機制。
會議上，許多研究人員都抱怨事情變得如此複雜。在舊的大撞擊模型中，一個簡單的事件就可以創建月球。而在新的模型中，撞擊需要有很多後續過程才能實現模擬。
Melosh稱：「這些解決方案並不順暢，我們想要這樣的解決方案：同位素比率的相似是模型的自然結果。」（張冬冬）
《中國科學報》 (2013-10-17 第3版 國際)