最新模拟显示，45亿年前巨型撞击发生后，在特定温度下，月球可能仅用5小时就在地球轨道附近凝聚成形。
数十年来，大碰撞假说是解释月球形成的最主流理论。阿波罗飞船带回的古老岩石样本分析表明，约45亿年前，幼年地球与原行星Theia发生了一次猛烈碰撞。然而，碎片究竟经过多久才聚集成月球，过去一直没有明确答案。传统模型认为，撞击碎片先形成一个旋转的碎屑盘，随后在数月甚至数年时间里慢慢生长为月球。
虽然近期的一些计算暗示这个过程可能快得多，但一项全新研究将焦点放在了一个此前被忽视的细节上，这就是撞击天体的温度以及由此决定的岩石坚硬程度，这一细节让月球诞生的过程展现出全新面貌。来自美国西南研究院的行星科学家Adeene Denton及其团队，采用了光滑粒子流体动力学方法。发表在《天体物理学杂志通讯》上的这项研究显示，科学家利用多达100万个数据粒子模拟了这场天体碰撞。在这种无网格计算方法中，宇宙物质被表示为无数个独立的点，系统持续计算着这些点的物理状态。
这项数字模型最关键的创新，在于引入了地质坚硬程度。过去的计算大多把撞击天体简单看作纯粹的流体。而研究团队这次精准考量了温度如何改变岩石的抗破坏能力。温度更高的原行星在碰撞中表现得更软、更容易变形，而较冷的天体则明显更脆。正是这种热状态，在虚拟模型中决定了Theia的最终命运。
在模拟中，如果初始条件较冷，结果就会重现传统模型预测的广袤碎屑盘。但如果碰撞的是温度匹配且更高的天体，Theia就不会彻底粉碎。一个巨大的片段会剥离出来，并保持足够的引力束缚。最终，在短短大约5小时内，一个完整的、月球大小的天体就在近地轨道上形成了。
这种极速凝聚得益于复杂的潮汐力作用。这是一个极其动态的过程。Theia内部一个质量更大的碎片坠向地球，将其角动量传递给外部片段。地球通过引力相互作用，如同系着一条无形的牵引绳，将这个幸存碎片引向稳定轨道，避免了它被彻底摧毁。
不过，如果以为当时会立刻出现一颗明亮的月亮，那就想错了。这5小时的形成仅提供了月球的物理胚胎。这颗新诞生的卫星极其炽热，表面完全被深厚的岩浆海覆盖。它慢慢冷却凝固，再经过漫长的地质演化成为今天的模样，后续又花了数百万年。
由于原行星在数百万年中会不断冷却，模拟所需的温度结构理论上可以帮助推算那场历史性撞击的具体时间。尽管这项研究目前尚未给出确切的时间戳，但它为理解太阳系内的其他巨型事件打开了新视角，例如土卫六Titan的形成，或者木卫三Ganymed异常的轴向倾角。
这些发现对搜寻太阳系外卫星也有着直接启示。以往天文学家在寻找外行星碰撞痕迹时，往往重点搜寻广袤的碎屑云。如果质量巨大的卫星能够直接作为完整天体诞生，这些痕迹在宇宙中消失的速度就会快得多。虽然这并不意味着直接发现外卫星变得更容易，但天文学的搜寻参数将改变。地球是否真的以这种极速方式获得了它的伴侣，目前仍是一个迷人的物理思想模型，最终还需要未来太空任务采集到的真实月球岩石样本来进行化学验证。
原文：https://t3n.de/news/mondentstehung-simulation-fuenf-stunden-1762534/