最后更新：2025年8月12日

月球的起源：从混沌到形成

月球起源之谜

几个世纪以来，月球的起源一直是一个深奥的谜团。早期的理论包括引力捕获、与地球共同形成，甚至地球分裂说。然而，阿波罗任务带回的月球样本分析彻底改变了我们的认知，形成了当今主导的假说：与忒伊亚的巨型撞击。

关于月球起源的假说（阿波罗任务之前）
假设	时期	主要论点	主要问题	主要支持者
陆地裂变	1878-1960	假设的组成相似性太平洋盆地解释角动量的兼容性	地球初始自转速度过快所需不可能的裂变机制太平洋盆地在地质上过于年轻	乔治·达尔文（查尔斯·达尔文之子）、哈罗德·杰弗里斯
引力捕获	1909-1969	允许不同的构图解释轨道倾角	极低的动态概率需要不太可能的大气制动与后来揭示的同位素相似性不相容	托马斯·杰斐逊·杰克逊·西，戈登·麦克唐纳
共形成（双星吸积）	1940-1969	星云模型中的自然过程在其他系统中观察到的类似现象	未解释月球低密度的问题难以证明当前的角动量成分与预期相差太大	卡尔·弗里德里希·冯·魏茨泽克，杰拉德·柯伊伯
降水（凝结）	1960-1969	快速形成的简单模型与某些热模型的兼容性	无法解释成分差异挥发性元素分布的问题	哈罗德·尤里

来源：NASA历史档案，《天文学史期刊》（2004年），《地球与行星科学年度评论》（1975年）

根据这一理论，大约45亿年前，一个名为忒伊亚、与火星大小相当的天体与原始地球相撞。这场灾难性的撞击使地球部分地幔汽化，并将碎片抛入轨道。在几个世纪内，这些碎片聚集形成了我们的月球。

同位素分析显示，月球与地幔的组成存在显著相似性，尤其在氧同位素（\(^{16}O\)、\(^{17}O\)、\(^{18}O\)）方面。这种相似性强烈暗示二者同源，支持了撞击假说。

巨型撞击假说的证据表
证据类型	观察	解释	对影响的启示	主要参考文献
氧同位素	地球与月球之间的Δ17O相同，误差为±0.016‰。	同源材料储库	忒伊亚和原始地球必定具有相似的同位素组成。	Wiechert等人（2001），《科学》
亲铁元素	月球地幔中亲铁元素（Ni、Co、W）的亏损	由于忒伊亚金属核心的消耗	月球主要由撞击物和地球的地幔形成。	Ringwood (1979), EPSL
挥发物	与地球相比，K、Na、Pb显著贫化	高能撞击过程中的蒸发	吸积过程中需要超过2000K的温度	Day & Moynier (2014), 《哲学汇刊》
Fe/Mn比值	月球与地球玄武岩中Fe/Mn比值约70相同	相同的地幔形成过程	地幔物质的共同来源	Drake等人（1989），GCA
钛同位素	ε50Ti 等同于 ±0.05 ε 单位	撞击后水库完全混合	吸积盘的高效均质化	Zhang等人（2012），《自然》
钨同位素	月球岩石中过量的182W（约27 ppm）	早期分化在最初的6000万年里	巨大撞击后的快速形成	Touboul等人(2015)，《自然》
镁/硅比值	比球粒陨石高约1.2倍	镁橄榄石（Mg₂SiO₄）富集	撞击过程中的选择性部分熔融	Taylor & Jakes (1974), Proc. LSC

来源：Wiechert 等 (2001)、Day & Moynier (2014)、Zhang 等 (2012)、Touboul 等 (2015)

撞击发生后，抛射出的碎片进入地球轨道。在引力作用下，这些碎片开始聚集，形成越来越大的天体。这一过程被称为吸积作用，最终促成了月球的形成。

注：月球很可能在不到100年内就达到了其当前质量的90%，但完全冷却并形成其最终内部结构却需要长达1000万年的时间。

月球形成后，由于撞击和吸积过程中释放的能量，最初处于熔融状态。随着时间的推移，它逐渐冷却并经历分化过程：密度最大的物质沉入中心形成核心，而密度较小的物质则形成了地壳。

我们今天观测到的月球表面是数十亿年演化的结果。陨石坑、月海（或称“月表暗区”）和山脉，都是其复杂地质历史的见证。陨石撞击、火山活动以及潮汐力共同塑造了月球表面的形态。