《科学24小时》| 『忒伊亚』之谜

月亮之母

古希腊神话中有一个泰坦女神，名为“忒伊亚”。传说中，忒伊亚和她的兄弟许佩里翁生了3个孩子，他们分别是“太阳神”赫利俄斯、“月亮女神”塞勒涅和“黎明女神”厄俄斯。根据这个神话故事，忒伊亚就是“月亮女神”塞勒涅的创造者，是她孕育了塞勒涅。在天文学领域，当人们谈到月亮的起源时，就会想到“忒伊亚”这个名字，它是指人们猜想中的一颗神秘的星球。据说45亿年前，原始的太阳系里存在过一颗“原行星”，它属于一种“行星胚胎”，由个头很小的被称为“星子”的微行星在引力的作用下相互碰撞聚集而成。在周围天体的扰动下，原行星又在相互碰撞和聚集中逐渐形成了真正的行星。

45亿年前的那颗原行星的大小和现在的火星差不多，由于周围天体的引力作用，它偶然脱离了原来的轨道和地球发生了碰撞，那次碰撞极其剧烈，足以使地球的相当一部分融化和气化。

于是，地球的一部分被抛入太空，那颗原行星也破碎了，二者的碎片一起环绕在地球的周围，并聚合成了地球的卫星——月亮。由于那假想中的原行星用碰撞的方式创造了月亮，所以科学家们就用“月亮女神”的母亲的名字命名了它，称它为“忒伊亚”。

一颗假想的原行星“忒伊亚”用碰撞的方式“创造”了月亮

根据计算机模拟，月亮刚诞生时距离地球很近，大约距地球仅2万千米。但经过45亿年地月之间引力和潮汐作用的影响，它现在已移动到距离地球38万千米之外的位置了。

**这个有关月亮诞生的描述只是一个猜想，被称为“大碰撞说”。**它与另外三种有关月球起源的假说一起组成了解释月球起源的著名的“四大假说”，其余的三种假说分别是“同源说”“分裂说”和“俘获说”。其中，“同源说”认为，地球和月亮都是由太阳系星云吸积而成的；“分裂说”认为，月亮是由地球甩出去的一部分物质形成的；而“俘获说”则认为月亮是在靠近地球时被地球“俘获”的。

虽然四种假说各有道理，但都没有最终获得证实，只是很多科学家认为，在目前看来，“大碰撞说”最为可信，但“大碰撞说”也没有获得证实。“忒伊亚”真的存在过吗？大碰撞真的发生过吗？

启动了板块运动

假若“大碰撞说”是真实可信的，那么它就一定会以一种不同于另外三种假说所描述的方式去影响地球的演化。

近来，科学家们通过计算机模拟的方式对“大碰撞说”进行了进一步的研究。他们发现，**那次碰撞不仅可以解释地球如何拥有了月亮，还给地球上的板块运动提供了一个简洁的解释。**而且，如果这种解释准确无误，它还可以帮助天文学家们发现除太阳之外，其他恒星周围的与地球相似的拥有板块运动的世界。

截至目前的探索表明，板块运动在宇宙中可能并不多见，因为在迄今发现的所有世界中，我们的地球是已知的唯一被确认拥有板块运动的世界。

事实表明，我们的地球确实是很特别的。现在我们知道，**数十亿年来，地球上活动的板块一直在漂移、碰撞和“俯冲”。**这些运动催生并分裂了大陆，推高了山脉，拓宽了海洋。

地壳是一些运动着的构造板块

与此同时，这样的运动也抹去了地球早期的大部分历史，包括板块运动如何发生，以及何时发生。科学家们一直在寻找答案，他们很想了解地球上板块运动的种种奥秘。美国加州理工学院的科学家钱原研究地球内层如何移动并如何影响地表。他的研究团队认为，地球拥有月球的方式为板块运动的由来提供了一个简单明了的解释。

**研究人员将注意力集中在地幔深处的两个物质团上，它们各自都有一块大陆那么大。**此前，科学家认为它们是滑入地球深处的陈旧的构造板块。但钱原的研究团队认为，这些神秘物质可能是“忒伊亚”上密度高的物质沉入地幔后的残余物。为此，这些科学家用计算机模拟了“忒伊亚”对地球的撞击，以及“忒伊亚”沉入地球内部的物质如何影响地球内部岩石运动的过程。

模拟实验表明

当“忒伊亚”的残骸沉入地幔底部后，这些炽热的物质团会导致大量同样炽热的岩石向上爬升，它们会揳入地球坚硬的外层物质中。随着它们的上升和膨胀，地球表面的板块反而被挤压到地球下部，滑入地幔中，科学家们称这样的过程为“俯冲”。

俯冲是板块运动的主要特征。根据模拟，研究人员认为，以俯冲为特征的板块运动应该是在月球形成约2亿年后开始的。那时，地幔中的大团块可能启动了俯冲。**但现在还不能完全肯定的是，那些团块是否果真来自“忒伊亚”。**美国马里兰大学帕克分校研究行星表层运动的科学家劳伦·蒙泰西认为，现在就断言“忒伊亚”触发了板块运动还为时尚早。

月亮对地球的贡献

如果根据模拟得到的结论被证明是正确的，那么寻找太阳系以外的类地行星便会出现一个新的关注点，那就是板块运动。研究人员解释说，这种情况表明，如果人们在宇宙中发现一颗类地行星拥有一颗大卫星，那么他们便有理由相信这颗行星有可能曾经拥有一个很大的撞击物，而这种撞击物的存在又可能意味着这颗行星拥有板块运动。很显然，在这方面的更多关注，将有望帮助人类发现另一个与我们的地球一样拥有板块运动的世界。

现在我们知道，板块运动对地球的影响弥足珍贵，因为正是板块运动把地球塑造成了一个适合生命存在的地方。**板块运动启动了水、碳和氧的循环，给地球注入了循环不已的活力，**从而把地球塑造成了一颗生机勃勃的生命星球。

由此看来，很有可能在地球的历史上，“忒伊亚”对地球的撞击是一次划时代的重要事件。此后的大约45亿年，地球的命运被完全改变了，它最终成了一颗与众不同的生命星球，一个产生了伟大智慧的文明摇篮，这表明板块运动的启动非常重要。

除此之外，“忒伊亚”对地球还有更加难能可贵的贡献：**它为地球带来了月亮。假若没有月亮，地球会是怎样的呢？**如果没有月亮，那么地球的重力会小许多，我们的体重也会更轻一些。正因为碰撞把“忒伊亚”上大约十分之一的物质带到了地球上，地球的重力才没有那样小，我们的体重也没有那样轻。更为重要的是，如果没有那次事件，我们恐怕根本就没有机会来到地球上，因为没有月亮，生命演化的进程就会慢许多。**由于新生的月亮距离地球极近，它引发的潮汐力比今天强得多，这种巨大的潮汐力引发海水冲刷大陆，使海洋充满了来自陆地的矿物质，形成了所谓的促使生命诞生的“原始汤”。**另外，假若没有月亮对地球自转轴的稳定作用，我们的地球恐怕会像天王星一样横卧在公转轨道面上，即自转轴与公转轴处于相对垂直的状态。这样一来，阳光会在一年的时间里在两极之间移动一个来回，而地球上的所有生命也不得不为了追逐阳光而每年在南北极之间来回地迁徙。

寻找“忒伊亚”的“前身”

那么，月亮是否真的是由“忒伊亚”的碰撞“创造”的呢？为了弄清楚这个问题，科学家们做了很多努力。他们认为，要回答这个问题，人们首先要获得“忒伊亚”是否真实存在过的证据。科学家们认为，如果“忒伊亚”确实存在过，那么在太阳系还年轻的时候便会存在一些小行星大小的聚合物，它们被称为“星子”，是组成“忒伊亚”的原始材料，其中的一些如今应该还存在于日地（太阳和地球）拉格朗日点上。

所谓“拉格朗日点”，其实就是太空中的引力平衡点，通常存在于两个大的天体之间，由于受到两个天体重力的影响，位于这一点上的小型物体便可以相对保持平衡。在每两个大型的天体，比如太阳和木星、太阳和地球、地球和月球之间，理论上都存在5个拉格朗日点，这5个拉格朗日点分别以L1、L2、L3、L4 和 L5 表示。那些太空中的“漂荡物”往往会在拉格朗日点上聚集起来，就好像水汇集到井底一样。

日地系统中的5个拉格朗日点

碰撞发生后，古老的“忒伊亚”显然不再存在，但一些“星子”可能还待在它形成的地方。它们原本应该成为“忒伊亚”的一部分，但它们失败了，被遗留了下来。所以，如果今天人们能够在那里发现一些类似小行星的小天体，那么它们便很有可能是当年遗留下来的“星子”。假若通过分析它们的物质组成证明了这一点，那么“大碰撞说”就可以得到证实了。

所以，要解开“忒伊亚”之谜，最直接、最有效的方法是找到那些小天体并将其上的物质带回地球，这样的太空任务虽然复杂，但依靠目前人类的太空技术应该是可以实施的。事实上，早在2009年，2颗几乎完全相同的“日地关系观测台”（STEREO）卫星便分别进入日地拉格朗日点Ｌ4和Ｌ5的边缘地区，但它们并没有发现可疑的目标。本来“日地关系观测台”是观测太阳的，但它们恰好要分别路过日地拉格朗日点Ｌ4和Ｌ5，科学家顺便让它们执行了这样一项附加任务。这些科学家认为，如果那颗古老的行星果真存在过，那么应该留下一些残骸，“日地关系观测台”应该有可能发现它们。

“日地关系观测台”卫星

然而，这样的搜索并不容易，因为拉格朗日点并不是一个在太空中无穷小的点，它其实拥有一个范围可观的区域。在这样的区域内，仅凭一两次搜索并不能说明问题，所以，“忒伊亚”是否真实存在过依然无法判断。时至今日，“忒伊亚”之谜依然没有答案，人们期待未来形式更加多样的探索，会破解这个重要的未解之谜。