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尽管月球的直径只有地球的1/4，但它依然是迄今为止太阳系中各个行星系统里最大的卫星。对许多天文学家来说，月球根本不应该算作卫星。从某种意义上讲，木星和其他巨行星的卫星才能被称作卫星；他们更倾向于把地球和月亮的关系描述为“双行星系统”。事实上，其他三个内行星都没有真正的卫星。水星（直径大约是地球的38%）和金星独立地绕着太阳转，而火星只有两个非常小的“伙伴”：火卫一和火卫二，它们的直径都只有几千米大小。它们显然是由火星重力场从附近小行星带中捕捉来的流浪岩石块。这一对比使得地月系统更加不寻常。那么，它到底是怎么形成的？
最有可能的一个解释是，地球一开始确实是像金星的双胞胎，有着一层很厚的地壳，而另一个火星一般大小的行星在附近形成了。这个天体最可能位于两个拉格朗日点中的一个之上，在地球之前或之后60度，但依然在绕太阳旋转的同一轨道上。在这些拉格朗日点上，太阳的引力和地球的引力共同作用产生一种引力坑，可以让一些小物体在那里聚集并停留。今天，我们用这些同样的拉格朗日点作为人造卫星的稳定轨道，例如，轨道上的红外线望远镜需要离地球很远，以保证不受我们星球的干扰。一个小天体如果不是精确地位于拉格朗日点之上，它就会在那里像钟摆一样进行小幅度的摆动。但如果一个大天体从位于地球轨道的拉格朗日点附近的宇宙碎片生长出来，这个摆动幅度就会越来越大，以至于很快这个天体就会撞向地球。这类事件可能在地球原始地壳形成的1 000万年间发生过一次。
不要以为这仅仅是两个岩石块的碰撞，碰巧掉了些碎片。这个模型的一个名字是“大飞溅”（Big Splash），它能让人联想起地球年轻时的情景。在一个火星大小的天体和地球发生了一次惊天动地的碰撞后，巨大的动能被释放出来，这个外来的天体被彻底毁灭，而地球的整个表面也会重新熔化。这个外来天体致密的金属内核渗透过已经熔化的地球表面，被年轻地球的内核吸入，而核心以外较轻的物质和地球原来的表面则飞溅到了太空中。大约有今天月球10倍重的物质，被以这种方式抛了出去，大部分完全逃离了地球，进入太阳的独立轨道，但有一些则被捕获，在地球周围形成一个环。当地球的表面再次冷却，并形成一层新的、薄薄的地壳时，周围环上的物质会结合形成月球，接着在微型程度上重新上演一出太阳周围行星形成的过程。
有大量的证据支持这个地月系统形成的模型。最有说服力的是，从月球带回的样本显示它和地球地壳的成分完全一致，而且月震测量显示月球没有大型金属内核。月球岩石的年龄告诉我们，这一戏剧性事件发生在44亿年前，几乎是太阳刚刚形成之后。这样一次侧面的撞击也解释了为什么地球自转会是24小时一圈这么快的速度，而没有月球的金星的自转时长是243天。在地球刚刚被击中、月球形成之时，地球自转的速度比现在更快，从那以后一直在减慢。这个偏离中心的碰撞还使地球发生了倾斜，给我们带来了四季的变化。有这么大一个卫星绕着地球旋转，它起到了引力稳定的作用，在漫长的地质时期里制止了地球倾角的变化。而地核里多余的铁成分和快速自转的现象，恰巧能够解释为什么我们的星球有一个很强的磁场。
此外，还有一个来自太阳系更远处的间接证据可以证明这次碰撞的确发生过。水星引力的强度表明，尽管其体积很小，但有相对较大的质量，这意味着它密度很大。月球有着类似地球的地壳，却没有内核，而水星有着类似的内核，却没有地壳。一种自然的解释是，一个更大的天体最初在水星轨道上形成，但是在太阳系生命早期它被一颗原行星撞了，不是像地球经历的那种侧撞，而是迎面相撞。在这次正面撞击中，所有较轻的物质都被炸到太空中，只留下较重的内核。
关于地球如何演变成今天的样子，水星和月球其实还能告诉我们更多信息。所有这些都发生在45亿多年前，那是一系列爆炸似的活动。以天文学的观点来看，这些活动快得几乎不可思议。接下来，地球完成了它的演化，使自己成为一个适宜生命安家的星球。而记录下这一切的，则是两张饱受摧残的“面孔”。