研究表明，地球從太空中俘獲了月球，而不是在行星形成過程中由碰撞粒子形成了這顆岩石衛星。這個理論得到了天體力學和其他衛星（如海王星的海衛一）證據的支持，顯示月球軌道受潮汐力的影響而不斷變化。

關於月球起源的早期發現和理論

1969 年至1972 年間，太空人在六次阿波羅任務中取回了800 多磅月球岩石和土壤。 分析表明，這些樣本與地球的岩石和土壤驚人地相似，其特徵是富含鈣質和玄武岩成分，可追溯到太陽系形成後的大約6000 萬年前。

這使得行星科學家在1984 年夏威夷科納會議上得出結論：月球起源於與新生地球碰撞產生的碎片。

科學界流行的理論認為，月球是由新生的地球和一個火星大小的天體之間的災難性碰撞殘留物所形成的。 根據這個理論，這次巨大撞擊產生的碎片在重力作用下逐漸融合，形成了現在地球唯一的天然衛星。 圖片來源：NASA/JPL-CalTech/T. Pyle

但據賓州州立大學的兩位研究人員稱，這可能不是月球真正的起源故事。 賓州州立大學貝倫德分校天文學與天體物理學教授達倫-威廉斯（Darren Williams）和賓州州立大學應用研究實驗室資深研究工程師麥可-祖格（Michael Zugger）9月24日發表在《行星科學期刊》的最新研究提供了另一種可能性： 月球是在年輕地球與地球雙星–月球和另一個岩石天體–近距離相遇時被捕獲的。

月球軌道動力學的新見解

威廉斯說：”科納會議為40年來的發展奠定了基礎。但問題依然存在。例如，由行星碰撞形成的衛星，在碎片聚集成環的過程中逐漸成形，應該在行星赤道上方運行。地球上的月球運行在另一個平面上。

賓州州立大學貝倫德分校天文學與天體物理學教授達倫-威廉斯（Darren Williams，圖中）和賓州州立大學應用研究實驗室資深研究工程師 Michael Zugger）的最新研究為月球的形成提供了一種新的可能性：當兩個天體經過年輕得多的地球附近時，發生了二元交換捕獲。 圖片來源：賓州州立大學貝倫德分校

替代理論與天體力學

研究人員說，在另一種雙星交換捕獲理論中，地球的引力分離了雙星，俘獲了其中一個天體–月球–並使其成為一顆衛星，在其當前的平面上運行。

威廉斯說，有證據顯示這種情況發生在太陽系的其他地方，他指著海王星最大的衛星海衛一說。 該領域的主流假設是，海衛一是從柯伊伯帶被拉入軌道的，在柯伊伯帶，每10個天體中就有一個被認為是雙星。 海衛一以逆行軌道圍繞海王星運行，與海王星的自轉方向相反。 它的軌道也明顯傾斜，與海王星赤道成67 度角。

被捕獲天體的影響

威廉斯和祖格確定，地球可能俘虜了一顆比月球還要大的衛星–一顆與水星甚至火星大小相當的天體–但由此產生的軌道可能並不穩定。

問題在於，”捕獲”軌道–月球所遵循的軌道一開始是一個拉長的橢圓，而不是一個圓。 隨著時間的推移，受極端潮汐的影響，軌道的形狀發生了變化。

月球軌道的長期變化

威廉斯說：”今天，地球潮汐走在月球前面。漲潮加速了軌道。它給了月球一個脈衝，一點點的推動，隨著時間的推移，月球會漂得更遠一些。”

如果月球離地球更近，效果就會相反，就像它剛被俘虜時那樣。 透過計算潮汐變化以及軌道的大小和形狀，研究人員確定，月球最初的橢圓軌道在數千年的時間尺度上收縮了。 軌道也變得更加圓潤，繞著其軌道旋轉，直到月球自旋鎖定在環繞地球的軌道上，就像今天一樣。

此時，潮汐演化很可能逆轉，月球開始逐漸遠離。

重新思考月球的形成與未來研究

月球每年都會遠離地球3 公分。 月球目前與地球的距離為239000 英里，現在它能感受到來自太陽引力的巨大牽引力。

威廉斯說：”月球現在離地球如此遙遠，以至於太陽和地球都在爭奪它的注意力。兩者都在拉扯它。”

他的計算表明，從數學上講，一顆二元交換捕獲的衛星可以表現得像地球上的月球一樣。 但他並不確定月球就是這樣形成的。

他說：「沒有人知道月球是如何形成的。過去四十年來，我們只有一種可能知道月球是如何形成的。現在，我們有了兩種可能。 這為進一步的研究提供了新的問題和機會。

編譯自/ hscitechdaily