2.3 月球是怎么起源的？
图2.10 阿尔弗雷德·魏格纳
为了解释月球的起源，让我们先从一个气象学家的故事讲起。他就是德国气象学家阿尔弗雷德·魏格纳（图2.10）。
1910年的一天，魏格纳由于一场大病而住进了医院。那个年代可没有电视、计算机和互联网，穷极无聊的魏格纳只好看他病房墙上的一张世界地图来打发时间。但仔细研究了这张世界地图以后，魏格纳发现了一件非常诡异的事：非洲西部的海岸线与南美洲东部的海岸线非常吻合；换言之，非洲和南美洲就像是一块大陆被硬生生地从中间撕开。随后，他注意到更多的大陆也能像拼图般拼合在一起。
出院以后，魏格纳又得知了一件怪事：在非洲和南美洲都发现了一种古代爬行动物的化石，也就是所谓的中龙。据科学家推断，中龙只能在淡水中生活，而不能生活在海水中。那么，它为什么能横渡数千千米的大西洋呢？
为了解释这些诡异的现象，1912年，魏格纳提出了一个堪称石破天惊的理论，那就是著名的大陆漂移说。大陆漂移说认为，地球上所有大陆原本是一块完整的大陆，被称为泛大陆；后来泛大陆分裂成了好几块，然后在地球自转的作用下漂移到了现在的位置。这样一来，非洲和南美洲的海岸线重合，以及这两个地方都发现中龙化石的问题，就迎刃而解了。
在科学史上，这是一个非常罕见的情况。一个气象学家，提出了一个地质学理论，来解释一个古生物学的问题。从某种意义上讲，这有点像是一个没有医师执照的人在非法行医。所以在长达40年的时间里，魏格纳一直被当成是一个民科（民间科学家），受到了地质学界和古生物学界的群嘲。
比如说，耶鲁大学古生物教授查理·舒克特就宣称：“一个门外汉把他掌握的事实从一个学科移植到另一个学科，显然不会获得正确的结果。”而法国地质勘探局局长特迈也断言：“魏格纳的理论仅仅是一个漂亮的梦，当人们拥抱它时得到的只是一堆泡沫和一缕青烟。”
图2.11 雷金纳德·戴利
当然，在长达40年的铺天盖地的攻击和嘲笑声中，也有人支持魏格纳的理论，其中就包括哈佛大学地质学教授雷金纳德·戴利（图2.11）。
戴利是地质学界的大拿。他于1912年成为哈佛大学地理系的第一任系主任，并于1932年当选为美国地质学会的会长。虽然戴利也曾在公开场合管魏格纳叫“门外汉”，他还是觉得“门外汉”提出的大陆漂移说很有道理。
不止如此，戴利还尝试解决大陆漂移说最受人诟病的一个问题：为什么泛大陆会突然分裂成好几块？为此，在20世纪40年代，戴利提出了一个更加惊世骇俗的理论：泛大陆是被一颗巨大的小行星给撞碎的。
戴利认为，在很久以前，一颗巨大的小行星撞上了地球，把泛大陆撞成了好几块。此外，这次剧烈的碰撞也把地球表面（即地壳）的大量物质都撞到了太空中；这些物质后来重新聚合在一起，就形成了我们今天看到的月球。这就是月球起源的“撞击说”。
类似于大陆漂移说的遭遇，戴利的“撞击说”同样在天文学界被骂得狗血喷头。
在戴利提出“撞击说”之前，天文学界对于月球的起源，主要有两派观点。一派观点认为，月球与地球原本是同一团星云，由于受引力的作用而发生塌缩，然后分裂开来并分别形成月球和地球，这就是月球起源的“同源说”。另一派观点认为，月球原本是一个路过的天体，被地球的引力所捕获，然后变成一颗卫星并绕着地球旋转，这就是月球起源的“俘获说”。很长一段时间，这两派人都争吵不休。不过，他们也达成了一个共识：都强烈鄙视戴利提出的“撞击说”。
当然，到底哪种月球起源理论是正确的，还是要靠实验和观测来检验。事实上，这三种理论能给出三个截然不同的预言。“同源说”认为，月球和地球是由同一团星云塌缩而成，因此月球上的物质应该与地球上的物质完全相同。“俘获说”认为，月球是一个外来的被地球引力捕获的天体，因此月球上的物质应该与地球上的物质完全不同。而“撞击说”认为，月球是由被小行星撞飞的地球地壳的物质重新聚合而成，因此月球上的物质应该与地球地壳的物质完全相同。换言之，如果能带回月球上的物质，并把它们与地球上的物质进行对比，就可以判断到底哪种月球起源理论是正确的。
我们前面讲过，从1969年7月至1972年12月，阿波罗计划共把12名宇航员送上了月球。这些宇航员从月球上带回了大量的月球岩石样本。通过分析这些月球岩石样本，科学家们发现这些岩石样本的化学成分与地球地壳的物质完全相同。这样一来，在被嘲笑了30年之后，戴利的“撞击说”终于笑到了最后。
当然，戴利的原始理论还存在着不少细节上的问题。下面，我再以现代的眼光，详细地描述一下月球形成的全过程。大概在45亿年前，有一个火星大小、被称为“忒伊亚”（希腊神话中的一名泰坦，也是月球女神的母亲）的天体，撞上了被称为“盖亚”（希腊神话中的大地女神，也是众神之母）的原来的地球（图2.12）。这次剧烈的撞击让“忒伊亚”和“盖亚”融合在了一起，从而形成了今天的地球。与此同时，这次撞击也把“盖亚”表面大量的物质撞到了太空中，形成了一个绕地球旋转的圆环；随着时间的推移，这个圆环中的物质重新聚合在一起，从而形成了今天的月球。
图2.12 忒伊亚撞击盖亚
我们来做个总结。1912年，魏格纳提出了著名的大陆漂移说。大陆漂移说认为，地球上所有大陆原本是一块完整的泛大陆，后来泛大陆分裂成了好几块，然后又漂移到了现在的位置。为了解释泛大陆为什么会分裂，戴利提出地球曾经遭遇一个巨大天体的撞击。这次碰撞把地球地壳的大量物质撞到了太空中；这些物质后来重新聚合在一起，就形成了今天的月球。这就是月球起源的“撞击说”。后来科学家通过分析阿波罗登月计划带回来的月球岩石样本，证明了“撞击说”的理论预言与实际观测吻合。这也让被学术界嘲笑了30年的“撞击说”笑到了最后。