
图片Jessie Eastland
在地球的夜晚,月球无疑是天空中最明亮的天体,它对于地球生命来说意义重大。
然而当我们去了解月球的时候,我们就会发现它有许多特殊的地方。
月球是太阳系200多颗行星卫星中第五大的天然卫星,它的大小只比水星小一点,对地球而言它简直就是一个巨无霸,地球怎么会拥有一个这样天然卫星呢?

月球和水星比较,图源:NASA/JHU-APL
月球本身很大也就算了,在地球上看月球的话,它看起来竟然和太阳几乎一样大,这得多大的巧合才能做到这一点?
另外,有许多人说月球比地球更古老,这是否又有依据呢?毕竟月球比地球古老的话,那就真的太可怕了。
其实,关于月球为什么这么特殊,所有的答案都在于月球是如何形成的。

月球真的比地球更古老吗?
现在很难考究月球比地球更古老的说法是哪里传出来的,总之我从小就看过相关的书籍有这样的说法。
就目前而言,有一点是可以确定的,那就是地球上已知最古老的材料比月球上的材料年轻至少1亿年。
由于地球的地质活动非常活跃,科学家要了解过去的地球非常困难,但是有一种材料却是个例外,那就是锆石晶体。

锆石晶体,图源:Rob Lavinsky
早期的地球非常炎热,整个星球都是熔融的状态,较重的物质在这个时期沉入了地球核心,而较轻的物质被推送到地球表面,变成后来的地壳。
但是,来自早期地球核心的强大热量推动了快速而强烈的地幔对流,使得地壳迅速循环到地幔中。
这样的事情地球还在不停地发生,只是相较于早期地球显得更加温柔而已。
也正因为如此,地球上很难保留早期地球的痕迹或信息,科学家现在甚至都不确定最早的地壳是什么材料,不过最大的可能是玄武岩。

图注:地球结构
锆石晶体强大的耐高温和耐高压属性,让它成为研究早期地球的一个重要信息来源,但是目前已知最古老的锆石晶体只有44亿年左右的历史,这已经是目前地球上发现的最古老材料了。
而作为对比,阿波罗号带回来的月球岩石,以及落在地球上的月球陨石,它们最古老的一些达到了45亿年以上。
很多作者可能以此推断月球的比地球更古老,特别是以前那些人类未解之谜里,经常会有这样的说法。
事实上,这只是地球比月球的地质活动更加活跃而已,而月球在形成后的1.5-2亿年之间就停止了地质活动。

图注:阿波罗 17 号的月球玄武岩
月球是如何形成的?
没人经历过月球的形成,现在要了解月球是如何形成的,只能通过已知的事实来编故事。
在太阳系,气态巨行星往往拥有许多天然卫星,比如土星现在已知就有12颗较大的天然卫星,这是因为气态巨行星自身的质量很大,它们可以捕获这些巨大的卫星。
但是,地球是岩石行星,它没有足够的质量捕获月球这么大的天体,至少可以说捕获会非常困难,特别是它们彼此距离这么近。

图注:阿波罗8号任务拍摄的地球
其实,地球的天然卫星远不止月球一个,只是许多都非常非常小,也非常远,这些大多就是地球捕获的,它们绕地球运行的时间一般也都不会很长。

在以前,人们更普遍地认为地球和月球是共同形成的,这个假说可以解释月球当前的位置,但是通过简单的计算就能知道,月球的密度远低于地球,如果两者是共同形成的,那么意味着它们应该是有相似的密度,或者说都有一个重元素核心,很明显月球没有。
月球很大,同时距离宿主行星较近,以及密度较小,这三点事实可以排除掉行星天然卫星的两个主要来源——捕获和共同形成。

早期太阳系,图源:NASA/JPL-Caltech
我们可以整理下前面提到的其它数据:
首先,月球古老的样本有45亿年,这可能意味着它和太阳系的年龄大致相同。
其次,从月球的样本中还可以知道,月球的组成和地球非常相似;同时还得到了一个关键信息——地球和月球的氧同位素比率表明它们起源于太阳系的同一部分。
第三,科学家其实早就发现,地球的自转速度在它这个距离上(距离太阳的距离)是比较快的。
结合所有这一切,这个故事应该是这样的:

月球的撞击假说,图源:NASA/JPL-Calte
大约 45 亿年前,也就是地球形成后的大约 7000 万年,这时候行星体受到各种小行星的撞击非常普遍,但是地球引来了一个超大小行星撞击——现在这颗小行星被称作忒伊亚,它的大小和现在的火星差不多。
这次史诗级的撞击导致较轻的物质飞到地球上空,经过几千年的时间,这些物质形成了现在的月球。
这种撞击假说(我们就称这个为撞击假说吧)可以解释为什么月球的组成都是较轻的材料,以及其它几乎所有的奇怪事实。

但除了一点,撞击假说中大部分现有模型都有一个前提,就是最早的月球组成至少需要60%忒伊亚原有材料,但是从现有的月球样本来看,地球和月球成分最多相差百万分之几。
但不管怎么样,现在撞击假说是月球形成最主流的一种解释,有一些难以解释的地方也是正常的,毕竟现在月球样本非常有限,而且来源的地区也非常单一。

最后:为什么月球看起来和太阳一样大?
月球看起来非常巨大的原因是它离地球很近,至于为什么它会看起来和太阳一样大,原因是太阳比月球大400倍左右,而它们的距离也正好差了400倍。
如果再深究的话,只能说这真的是巧合,我们正好处在了月球和太阳看起来一样大的阶段。

图注:不同视角下月球和太阳比较
由于月球引力与地球海洋的相互作用,月球事实上一直在远离我们,大约每年都会拉远3.8厘米。
在遥远的过去,月球离地球足够近,那时候的月球看起来比太阳大许多,所以当时的生物在日全食看不到美丽的日冕。
而大约 5000 万年后,月球将足够远,那时我们的后代只能看到日环食,而没有日全食。
宇宙中5颗奇特的系外行星,其表面的恶劣程度难以想象!
在我们的太阳系中一共有八颗行星围绕着太阳旋转,其中内侧四颗为岩石行星,外侧四颗为气态行星,不过行星并非是太阳独有,在宇宙中几乎每一颗恒星都拥有自己的行星,而这些行星被天文学家们称为系外行星。到目前为止,天文学家通过望远镜已经在宇宙中发现了超过5000多颗系外行星,而且在这数千颗系外行星中,还存在着远超出我们想象的奇特世界, 如有些行星的表面会下玻璃雨。有的会上演冰火两重天, 有的甚至还会逃离母星的控制,成为流浪行星,而今天便带你了解宇宙中奇特的5颗系外行星。1.HR 5183b行星HR 5183b行星是一颗气态巨行星,它距离我们大约为100光年,质量是木星的三倍,当时天文学家在发现它后,曾表示从未见过如此奇特的系外行星,因为它拥有奇怪的蛋形轨道,并且具有极高的偏心率,假如我们将他想象成太阳系的木星,那么其最远轨道能够达到海王星之外,可以想象到他的奇特之处。2.WASP-76bWASP-76b行星位于双鱼座方向,距离我们地球大约为630光年,他是一个绕着F型主序星运行的气态巨行星,其质量大约是木星的0.92倍,半径为木星的1.83倍,而它之所以独特是因为在它的表面会下铁雨,由于距离母恒星非常近,已经被潮汐锁定,因此它的一面总是朝向恒星,其白天温度高达2500C,以至于该行星上的铁元素都熔化成了气体。这些铁蒸气被强风吹到较冷的区域,并凝结成液滴形成铁雨。3.HD189733bHD189733b是一颗距离地球约63光年的系气态巨行星,质量比木星还要大13%,在2008年,天文学家通过偏振测量法测定,发现HD189733b的蓝色波段反照率高于红色,这意味着他看起来是一个美丽的蓝色星球。不过HD189733b虽然呈现出蓝色但并不是海洋,因为HD189733b表面温度极高,天文学家经过进一步分析发现,在它的大气层中富含硅酸盐,而这些硅酸盐在高温下熔化,然后形成了玻璃雨。这些玻璃雨在风速高达9000公里/小时的超音速风中呈弧形落下。4.开普勒10b开普勒-10b是开普勒望远镜发现被确认的第一颗岩质系外行星,距离地球大约为564光年,质量是地球的3.2倍左右,假如你能够置身于该行星表面会发现他这里如同地狱一般,由于距离主恒星非常之近,只有太阳至水星距离的20分之一,因此表面温度高达1300C,而在如此高温下,开普勒-10b上的铁和硅酸盐都成了熔岩状态,从而形成巨大的熔岩海洋。同时在强风的携带中,还会下熔岩金属雨5.流浪行星我们知道几乎每个行星都是围绕其母恒星运行,但在宇宙中也有特例。有些行星可能由于某种原因会逃离母恒星的引力控制,独自在寒冷的黑暗空间中徘徊。而这些行星被称为流浪行星,比如CFBDSIR2149便是一颗被恒星抛出的流浪行星。它的体积是木星的7倍,表面温度约为400摄氏度,是一颗只有5000万至1.2亿年历史的年轻行星,不过他是何种原因被抛出原来的行星系统,我们还不得而知!以上便是5个奇特的系外行星,看完不禁令人惊叹宇宙的奇妙和多样性。那么你觉得以上哪个最奇特呢,欢迎在下方评论留言!
科学发现:12.5光年外有一颗最近似地球的行星,或有外星人存在?
一百年来,科学家们采用越来越先进的仪器设备搜寻外星人,这些设备包括但不限于陆地和太空的各种类型天文望远镜、无人探测器等等,从近及远,希望在茫茫宇宙中找到知音。但一直都在失望中,太阳系没发现,远离太阳系亿万光年的深空也没发现。这至少说明了两个问题,一是就是在宇宙中生命和文明太稀有,知音难觅;二是人类的科技和探测水平还处于很低层次,无法发现即便近在咫尺的外星生命和文明。随着各种地面天文望远镜、太空望远镜的不断提升,科学家们的目光从太阳系内逐步转向太阳系外,寻找可能存在生命的行星。1992年美国阿雷西博天文台发现了第一颗太阳系外行星,迄今已经有5000多颗太阳系外行星被发现。科学家们按照地球生命孕育和存在条件来寻找地外星球的生命之源,即寻找所谓的宜居星球。地球是一颗具有岩石外壳的行星,这样才能够适宜生命在表面活动;其次地球存在液态水,海洋才是地球生命的摇篮。而适宜温度,是液态水存在的前提条件,目前地球平均气温约为15℃。科学家们认定这是目前认知生命存在的两个硬条件,系外行星如果具备这两个条件,就属于宜居星球。行星本身不发光发热,主要依靠恒星的辐射能量才能保持温度,这样宜居星球就至少要与主恒星保持一定距离,远了不行,近了也不不行;宜居星球还不能像太阳系木星、土星、天王星、海王星那样的气态行星,而是像地球、火星这样的岩石行星。符合这两个条件的行星极少,在已经找到的5000多颗太阳系外行星中,类地行星大约只有几百颗,宜居带行星只有几十颗。当然,除了以上最重要的两项条件,要让生命孕育和存活还有许多严苛的要求,这样科学家们弄了个地球相似度指数,英文为Earth Similarity Index,简称为ESI,就是根据行星半径、密度、质量、逃逸速度、表面温度、处在宜居带的位置等,通过公式量化打分,取值0~1之间,0代表完全不同,1代表完全相同。一般认为0.5分以下的行星是不适宜生命存在的,相似度越高,孕育和存在生命的可能性就越高。在我们太阳系,除了地球,还有三颗类地行星,它们的ESI值分别为:水星0.6,金星0.44,火星0.7。金星是距离地球最近的行星,且质量和地球差不多,又距离太阳系宜居带最近,为啥ESI反而只有0.44呢?这就是因为那里的大气和表面状态十分恶劣,被称为太阳系的地狱行星。而火星ESI值为0.7,是太阳系与地球相似度最大的行星,这也是科学家们正在努力奔赴火星,企图开发火星的原因。而太阳系外一些经过科学家们精挑细选出来的行星,却有不少高于火星ESI值的星球,如格利泽-832 c为0.81,开普勒-442 b为0.83,开普勒-62 e为0.83,格利泽-667 Cc为0.84,开普勒-438 b为0.88等。距离我们最近的恒星比邻星也有两颗行星,其中比邻星b的ESI值也高达0.86。而我们今天重点要说的这颗蒂加登星b星,ESI值竟高达0.95!这是迄今为止,科学家们在太阳系外发现与地球最接近的行星,说它是地球的表兄弟甚至亲兄弟都不为过,那么那里会存在蒂加登星人吗?现在开始说重点:蒂加登星b是一颗怎样的星球?2003年,科学家在白羊座发现一颗暗弱的恒星,被称为SO J025300.5+165258,距离我们12.5光年。这项发现是NASA一个研究小组在搜寻之前的小行星数据资料中意外找到的,由此就以这个研究小组组长、NASA天体物理学家博纳尔·蒂加登的名字命名,被称为蒂加登星。为了方便读者理解,这里简要说一下系外行星的命名规则。一般来说就是在发现的恒星后面加上小写字母a以后的英文字母,a一般用于恒星,不用于行星。因此某恒星系统第一颗被发现的行星就被称为某恒星b,其次就类推为c、d、e、f、g…等等。蒂加登星现在发现了两颗行星,被分别命名为蒂加登星b和蒂加登星c,我们要说的ESI值达到9.5的行星就是蒂加登星b。为什么其与地球相似度这么高呢?首先,其公转轨道处于蒂加登星的宜居带,因此其表面温度适宜,这样,这颗星表面就很可能存在着液态水;其次,这颗星是一颗类地行星,其大小约地球的1.05倍,也就是个头质量与地球差不多,生命承受的重力也与地球相当。这是宜居星球最重要的两项指标,蒂加登星b都符合,通过计算其ESI值达到惊人的9.5。但因此就认为那上面一定会有我们的知音,就有些过于乐观了。实际上,蒂加登星b还有许多与我们地球不一样的条件,有些甚至令人细思极恐。蒂加登星b的主恒星蒂加登星是距离太阳最近的恒星之一,排在第24位。但这颗恒星很小,是一颗红矮星,质量只约太阳的8.9%,表面温度只有约2600度,不到太阳的一半,光度只有太阳的约十一万分之一,视星等为15.4等,距离人类肉眼能看到的6等星亮度差了5757倍,因此很晚才被发现。由于恒星很小,亮度热度较低,其行星为了获得可保存液态水的温度就必须距离恒星较近,因此在所谓宜居带的蒂加登星b距离蒂加登星就只有约0.025天文单位,约375万公里,也就是约为地球与太阳距离的0.025倍,约水星与太阳距离的十六分之一。根据蒂加登星的亮度和温度,在这样一个距离相当在我们太阳系的地球和金星轨道之间,正好是在宜居带,让蒂加登星b的表面气温能够保持在0摄氏度以上,理论上应该比地球更热一些,具备存在液态水的条件。但这种距离不可避免可能会发生两个事件:其一,蒂加登星强大的引力潮汐力很可能早就将蒂加登星b潮汐锁定了,就像月球被地球潮汐锁定一样,永远一面朝着主星;其二,强大的恒星风让蒂加登星b的大气很难保留。这样,蒂加登星b会成为一个冰火两重天的世界,朝着主恒星的一面处于永远的白天炽热状态,水被蒸发殆尽,而背着主恒星的一面则永远处于黑暗的冰封酷寒中,连大气都被冻结。而且,许多红矮星都是耀星,所谓耀星就是恒星上每天会出现几次超级耀斑爆发,紫外辐射会瞬间增强几百乃至上万倍,在耀斑爆发的几分钟内,恒星都会由红色变成蓝色,这种强烈的紫外辐射会杀死行星上一切生命,同时吹跑行星大气。大气和地磁是地球生命保护的双重铠甲,蒂加登星b没有了大气和地磁保护,将受到来自蒂加登星的强烈辐射,生命很难存活。而且,这样近的距离让绕蒂加登星公转一圈只需约117个小时,每秒线速度约56公里。也就是如果那里真的有蒂加登星人,他们约4.9个地球日就过了一年。当然,由于已经被潮汐锁定,就没有了一年四季,倒也感觉不到一年的寒暑变化。那么,蒂加登星b在这样的环境下会有生命存在吗?现在还是个未知数,也只能是个未知数。因为人类现在的观测水平还很弱,无法看清那里的一切,甚至根本看不到蒂加登星b的存在,只是通过大型天文望远镜分析恒星的光变和引力摄动,来估计那里的情况。如果要证实那里到底有没有蒂加登星人,最好的办法就是到那附近去看一看。可惜,现在人类的航天速度还处于蜗牛时代,虽然无人探测器通过行星引力弹弓效应已经达到了秒速200公里,但载人航天的速度还只能勉强达到第二宇宙速度,也就是每秒11.2公里。如果要飞出太阳系,至少要达到第三宇宙速度,即每秒16.7公里。如果载人航天在短期内达到第三宇宙速度,按每秒17公里的速度飞到蒂加登星去,一切都顺利的话,旅途也要22万年;即便无人探测器200公里秒速,飞往蒂加登星也需要18700多年。因此,要去蒂加登星看一看的愿望,在今天还只能是个不切实际的梦。这样,那里有没有蒂加登星人,就无法定论了。不过科学家通过分析,认为那里的生命存在条件并没有上述说的那么悲观,主要原因如下:1、蒂加登星的年龄至少已经有80亿岁了,这样比太阳就大了约35亿岁,作为红矮星年轻气盛的耀星时期已经过去了,恒星运行已经平稳多了,因此对蒂加登星b就友好多了,不至于有那么恶劣的辐射环境。2、即便蒂加登星的大气被吹跑了,又没有地磁保护,但只要有海洋存在,同样可以孕育和生存生命,因为海洋可以隔离和吸收辐射,生命可以生存在深水里。3、即便被潮汐锁定,一面固定对着恒星,另一面永远得不到光照,但如果有空气流动的话,依然能够传递热量,让背面也能感受到温暖;而且,在晨昏带,就是白天与黑夜的交界处,还有一圈恒温带,完全适宜生命存在。4、相对太阳这样的黄矮星,红矮星寿命超长,因此具有让生命稳定生存很长的时期,这个时间长达几百上千亿年,蒂加登星寿命可达万亿年。而太阳寿命只有100亿岁,而且让地球生命宜居的时间只有10~15亿年。5、现在的蒂加登星b比地球年龄大了35亿岁,如果蒂加登星人像人类一样的时间出现,现在文明已经有35亿年了,那是何等先进的文明啊。所以,科学家们还是看好那里的生命,更期盼着那里出现文明。如果那里真的存在高级别文明,我们去不了,说不定哪天蒂加登星人就来到我们面前呢。