月球起源
地球附近的迷你大爆炸

在太阳系中，我们并不孤单。我们有不少邻居，包括其他围绕太阳运行的行星。离太阳近一点的有金星，再远一点的有火星，那也是未来最受欢迎的星球。这些行星的运动都遵循着开普勒定律。不过，除了所有这些行星之外，我们还有一个更近的，而且很容易用眼睛看到的邻居：月球。

它以大约1公里/秒的速度绕着我们的星球运行，完整运行一周大约需要27天。有时它正好挡在我们和太阳之间，会引起日食。它的半径约为1 700公里，约为地球半径的四分之一。但它的质量约为7·10 ²² 千克，只有地球质量的1.2%左右，因此它的密度要低得多。较低的质量导致月球表面的引力较低：这里的重力加速度不是9.8米/秒 ² （地球上如此），而是1.6米/秒 ² ，大约只有地球的17%。因此，如果你在月球上散步，你会感觉自己很轻。不过，月球的质量足以让我们在地球上感受到它的引力场。在面向月球的地球那面，海洋中的水会被吸引；在背对月亮的那面，水也会感觉到一股远离地球表面的力。这来自地球和月球围绕其共同的质心的相对运动。你可以试试像图中的艾米和麦克斯韦一样：拉着朋友的手旋转。你会感觉你的手指被（你的朋友）拉到了中心，而你的头发如果足够长的话，会向外缘扫去。地球上的水也是如此。如果你想象一下地球自转就会知道，地球上的每个地方每天都会经历两次潮汐，我们管这个叫作退潮和涨潮。

我们的月球（卫星）——有点特别

我们的月球很特别，它能引起潮汐，能反射阳光并在漆黑的夜晚为你指引回家的路，或许在满月时还会产生一些其他的特殊效果。不仅如此，我们的月球在太阳系中也是独一无二的！有的行星根本就没有卫星，还有的行星的邻星不配被称为卫星，而是更像小行星。我们的月球比较大。它的密度比地球低，但它表面岩石的元素组成与我们地球的相似。问题是：为什么会这样？而这个问题又与接下来的问题密切相关：我们的月球起源是什么？

太空中的一次碰撞

让我们回到太阳系形成之初。最开始的时候，它不过是一团尘埃。在自身引力的压缩下，这团尘埃形成了巨大的天体，首先成形的是太阳，然后离太阳稍远的剩余尘埃中逐渐形成了绕着太阳运行的大型天体。关于太阳系的诞生和行星的形成，你可以在专门介绍二者的章节中读到更多的内容。

在我们的星球达到其最终大小（约为今天质量的90%）之前，有另一颗星球与它相伴。它的大小与火星相同，并与地球共享一个轨道。这第二颗行星如今被称为“忒伊亚”，与我们的地球保持着恒定的距离。只有某些地方可以实现这样的恒定距离，这些位置被称为“拉格朗日点”。

想一下地球围绕太阳运行的轨道。让我们假设另一个不太重的天体想与地球共享这个轨道。问题是，轨道是由太阳和地球之间的引力决定的。每当有第三个天体参与进来，它不仅受到太阳吸引力的影响，也受到了来自地球的吸引力的影响。但在轨道上恰恰有五个点的引力是平衡的，可以保持第三个天体的轨道稳定。这些拉格朗日点如上图所见。其中三个在太阳和地球之间的线上。

这些拉格朗日点很受欢迎。想象一下，你想把一颗卫星，比如SOHO太阳轨道望远镜，放到离地球很近的地方，好借助它观察太阳。那么，最佳位置就是拉格朗日点L ₁ ！而如果你是一颗人造卫星，你既想离地球近，又想在不受太阳干扰的前提下观察外太空：选L ₂ ！这就是威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）在收集宇宙微波背景信息时的选择。如果你有一个大秘密，想把它藏起来，那就把它带到L ₃ 去。这样一来，没人能从地球上看到它，因为它会永远被太阳遮住。

现在，让我们看看地球原形和它的邻星忒伊亚。忒伊亚要与地球保持恒定距离，因此它会在L ₄ 或L ₅ 位置。但是拉格朗日点的概念只适用于两个重天体（地球和太阳）和第三个轻天体并存的情况。随着忒伊亚收集的尘埃越来越多，质量不断增长，它在拉格朗日点的位置变得不稳定了。当它变得和火星一样重的时候——大约是地球质量的十分之一——它开始向地球移动。

然后事情就发生了：地球和忒伊亚相撞，忒伊亚被撕裂，它和地球的残骸一起包围了地球。忒伊亚的铁核却与地球融合了。环绕地球的碎片形成了我们的月球，而我们的星球新获得了一点质量。这只是月球起源的诸多说法中的一个。关于其他说法，我们举一个例子——月球来自其他地方，意外经过地球，然后被地球的引力抓住了。但碰撞说尤其合理，特别是它解释了地球和月球的元素构成的相似性。

自从月球诞生以来，它与地球的相互作用就发生了轻微的变化。通过激光测得的地球和月球之间的距离每年都会增加4厘米左右。这是由我们一开始提到的潮汐造成的。在地球和月球之间的引力相互作用下，地球的自转速度减慢了；造成这个结果的原因还有在月球的影响下，海洋反复来回运动产生的摩擦。这意味着它的角动量减少了。由于地月系统的总角动量必须守恒，所以月球的角动量在增大，而由于这个原因，月球与地球的距离也在增加。从45亿年前诞生到现在，月球与地球的距离已经从不到10万公里增加到了38万公里，这相当惊人。这意味着，一开始的时候地球的潮汐效应肯定强得多。另外，随着地球自转的速度越来越慢，我们的日子也变得越来越长。不过，鉴于一天的时间每年只增加15微秒，这种影响并非我们能在一生中察觉到的。除非像2015年6月30日发生的那样，我们的一天增加了1闰秒 。 RZMX7bbeKvKXQj7SRevYvbjOesGCUlAEvKlgTJaXxtPkDjovwkgYTgWmBtCCClMc