月球是怎样形成的，它主要是什么成分组成？

月球是怎样形成的，它主要是什么成分组成？

你是否曾经仰望夜空，看到那明亮的圆月？它是我们最亲近的天体之一，被人类视为神秘而令人着迷的存在。在这篇科普文中，我们将探究月球的起源、它与地球的关系以及人类探索月球的历程。
首先，我们来看看月球在人类心目中的地位。月球是夜空中最亮的天体之一，也是我们最熟悉的星球之一。它不仅是浪漫诗歌和文学作品的主题，也是日历中的一个关键元素。月球的周期以及其与地球的关系，决定了我们的月相、潮汐以及一些与月球相关的节日，如中秋节等。除此之外，月球还是人类探索宇宙的起点之一。
那么，月球是如何形成的呢？据科学家们研究得出的结论，月球的形成有多个理论，最被广泛接受的是“大碰撞理论”。这个理论认为，在约45亿年前，一个几乎与地球同等大小的天体和地球相撞，这导致大量物质喷发到太空中。这些物质随后逐渐凝聚成为月球。月球的形态、构成和特征也是科学家们一直在研究的对象。月球表面覆盖着许多撞击坑和山脉，由于没有风蚀等自然因素，这些特征可以帮助我们了解月球形成和演化的历程。同时，月球的构成也是科学家们研究的重点之一，其中包括月球的内部结构、磁场和岩石成分等等。


月球的形态、构成和特征非常有趣。月球的表面是由大量的陨石坑、山脉和火山构成的。它的表面大部分是灰色的，这是由于它的地壳富含铝和硅等物质。与地球不同的是，月球没有大气层，因此在月球上行走的人必须穿着宇航服。此外，月球的温度变化很大，太阳照射的一面非常炎热，而另一面则非常寒冷。
接下来，我们来了解一下月球和地球的关系。月球是地球唯一的天然卫星，这意味着它绕地球运行，同时也受到地球引力的影响。月球对地球的影响有很多，其中最重要的就是潮汐。潮汐是因为月球和地球之间的引力作用而形成的，它影响着海洋的涨落和一些生物的行为。此外，月球的轨道和周期也是科学家们一直在研究的问题。月球绕地球运行的轨道不是完美的圆形，而是一个椭圆形。这意味着月球到地球的距离会随着时间的变化而变化，这也意味着月球的大小和亮度也会发生变化。此外，月球的周期约为29.5天，这也是月相变化的周期。
最后，让我们来看看人类探索月球的历程。1969年，美国宇航局的阿波罗11号任务成功登陆月球，成为人类历史上第一次在月球上行走的事件。这一次成功的登月任务开启了人类探索月球的新篇章。之后，人类还进行了多次登月任务，并发送了一系列的月球探测器，用于研究月球的形态、构成和特征。这些探测器不仅帮助科学家更深入地了解月球，而且还为未来的探索任务提供了基础数据。
除了人类登月之外，许多探测器和探测任务也被发送到了月球上。自1959年苏联的“月球1号”首次飞掠月球以来，各国已经发射了数十个月球探测器。这些探测器通过观察月球表面，收集月球样本和数据等方式，深入研究了月球的形态、构成和特征。
回顾月球的起源、月球和地球的关系以及人类探索月球的历程，我们可以发现月球是一个神秘而重要的天体。它不仅影响着地球的生态系统，还是人类探索宇宙的一个起点。虽然我们对月球的了解还不够深入，但我们相信随着科学技术的不断发展，我们会有更多机会了解月球的秘密。
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月球的来历至今是一个未解之谜，科学界有三种说法，一种是地球捕获说，一种是地球月亮同时形成说，还有一种是碰撞形成说，主流说法认同第三种，就是认为月球形成于地球和另一颗行星的碰撞事件中。


科学家推论认为，在地球形成的初期，有一个像火星大小的被叫作“忒伊亚”的星球和地球发生了撞击，但并不是两个星球的迎面直接撞击，而是撞击的角度比较偏，两个星球各有一部分被撞飞了出去，正是被撞飞出去的这部分物质，后来形成了月球，下图正是两个星球撞击后月球形成过程的示意图。


​原先科学家们认为月球的形成经历了数百万乃至上千万年的时间，起先是形成了一个类似于土星环那样的地球行星环，这个行星环中物质较为密集的区域逐渐凝聚成了一颗星体，就是月球的原始星核，之后这颗星核不断地吞噬行星环上的物质，最终将这些星环物质吞噬殆尽，从而形成了月球。




​然而最新的一项研究颠覆了这种说法，据美国趣味科学网站10月5日报道，以英国杜伦大学的天文学家为主导的一个天文学团队利用该校的名为“宇宙学机器”（COSMA）的超级计算机系统模拟了地球和忒伊亚撞击时形成月球的情景，发现月球的形成其实只需要几个小时。


​研究者们专门设计了一个模仿月球等天体在撞击中形成的计算机程序，名为“具有相互依赖细颗粒任务功能的光滑粒子流体动力学”，用于精密模拟大量物质在引力作用下的运动变化，并将该程序在超级计算机上运行，在模仿月球形成时，程序设定的物质颗粒多达1亿颗，远远超过之前模拟的百万颗。


地球与忒伊亚行星相撞时，两颗星球上分别都有一大块物质被撞飞了出去，这两团物质在在引力作用下结合到一起，形成了一颗星球，但是由于地球的引力较强，碰撞飞出去的物质，未能脱离地球引力，所以就形成了环绕地球运行的物质团，物质团在之前引力作用下凝聚在一起，最终形成了月球。


“宇宙学机器”超级电脑模拟这一形成过程时，设计的物质颗粒的大小不等，引力不同，在超算上模拟月球形成时，发现这些物质颗粒在引力作用下凝聚的速度很快，换算成月球那么大的天体，形成的时间也只有几个小时即可，这大大出乎之前科学家们的预料。


​“宇宙学机器”超算系统在设定程序下用上亿颗物质颗粒进行了数百次试验，模拟地球和忒伊亚的撞击时分别使用了不同的碰撞角度、行星自转方式及运行速度等，但是月球的生存时间差别不大，研究者们通过数百次的模拟实验分析认为月球的形成是很快的，很可能只有几个小时。相关研究已经发表在10月4日的《天体物理学》杂志上。


不过这么快时间形成的月球，应该还只是如今月球的主体部分，因为撞击出去的物质不可能在极短的时间中都凝聚到一起形成球状星体，月球主体将轨道上的其他物质全部清理吞噬掉是需要一个较长的过程的，这个过程应该至少持续上万年。


再者就是实际上如今的月球所包含的物质并非只是地球和忒伊亚撞击时飞溅出去的物质，应该还有不少近地小行星和彗星等物质，因为月球其实也是地球轨道上的清洁工，很多有可能会撞击地球的小天体都被月球拦截了，看看它上面星罗棋布的环形山，便知道月球经受过多少次的撞击了。所以我们只能说月球的主体形成的时间可能很短，但是如今的月球的形成，其实也是和它已经存在的历史是一样长的。


​参考资料：
《中国新闻网》10月8日文章《超级计算机模拟宇宙大碰撞结果：月球形成或仅用数小时而非千年》

月球南极巨大的撞击盆地和月球锋面的异常可能比以前认为的联系更紧密，因为他们可能会回到同一个事件，正如一项研究现在所表明的那样。
因此，南极撞击产生的热浪导致岩浆流将某些元素席卷到月球的另一侧，然后在那里引发了马雷火山活动。


月球半球的明显差异是月球地质学家最大的谜团之一。
虽然月球背面的地壳很厚而且非常古老，但面向我们的那面要薄得多，并且覆盖着黑暗凝固的熔岩。
此外，前缘地壳富含稀土元素、钾、磷和放射性钍，比例异常高。
月面的 KREEP 地形是如何形成的，以及是什么引发了那里的火山活动，既令人费解又充满争议。
一些行星研究人员假设地球的潮汐力导致了地壳的差异，其他人则怀疑月球背面朝向我们的一侧受到影响。
南极撞击是触发因素？

布朗大学的马特琼斯和他的同事们现在找到了另一种解释，其起点是月球最大的撞击坑，即 2000 多公里宽的南极艾特肯盆地。
这是在大约 43 亿年前形成的，当时一颗大小约 100 公里的小行星撞击月球南极——几乎正好在 KREEP 地形对面的位置。


“我们知道像南极-艾特肯盆地这样的大型撞击会产生大量热量，”琼斯说。
“问题是这种热量如何影响月球内部的动态。”
为了找出答案，琼斯和他的团队在撞击时使用月球内部的地球物理模型重建了古代撞击的影响。
对面的热闪

“我们发现南极撞击导致月球地幔出现热异常，影响了月球内部数亿年的发展，”研究人员报告说。
撞击引起了巨大的热浪，通过月球内部传播到对面，进入现在以马伦和克里普地形为特征的区域。


琼斯和他的同事解释说：“这种热喷引发了月球地幔中的电流，这些电流将 KREEP 和富含钛的岩浆聚集起来，并将它们扫向面向我们的月球一侧。”
矿物和元素跟随这些水流，就像冲浪者跟随波浪一样。
根据模拟，由南极撞击和随后的地幔对流引起的热量也足以解释 KREEP 地形和海月的月球玄武岩中的元素富集。
马雷火山活动是晚期后果

这还不是全部：对月球南极的撞击甚至可能触发了月球火山活动和海马的形成。
“在当时所有可能的条件下，这一事件还将产热元素集中在月球表面，”琼斯说。
这种增加的地幔对流和放射性加热的结合，可能已经加热了上月前地幔数亿年。
炽热的岩浆可能会在月球表面升起并引发猛烈的喷发。
研究小组报告说：“月球面向我们的一侧的第一批海玄武岩在撞击后大约 2 亿年爆发，而最强烈的海火山活动阶段在大约 500 到 7 亿年后发生。”
一种影响 - 许多后果

据科学家称，这些重建表明，南极-艾特肯盆地与月球前部 KREEP 地形的地球化学异常密切相关。
两者都可能是由同一事件形成的，一颗巨大的小行星的撞击。
这强烈而持久地改变了月球内部的电流，这也塑造了月球表面的进一步发展。
“KREEP 地形是如何形成的，无疑是月球探索中最重要的开放性问题之一，”琼斯说。
“创造南极-艾特肯盆地的撞击是月球历史上最重要的事件之一。
我们的工作现在将两者结合在一起并产生了令人兴奋的结果。”
<hr/>参考资料：
Science Advances，2022；
Just a moment...

我说说月球的形成：
以前看过一个相关的纪录片好像是BBC的，具体细节和数据记不得了，不过大致过程还记得。
先说结论，经过对月球采集到的岩石样本分析，月球的绝大部分质量都来自地球，主要成分和比例与地球类似。但有些成分地球不具有，来源于陨石撞击。
于是对于这个结果，科学家推测很多亿年前，太阳系很年轻的时候，地球也是形成不久刚刚冷却下来，行星的轨道还没有现在这么稳定(尤其是木星受到引力摄动影响，还在太阳系里“游荡”)，有一个差不多有地球一半多大的行星受到木星的引力影响轨道偏移撞上了地球，绝大多数物质融合进了地球，这次撞击直触地球内部很深的地方，肯定也有一部分物质抛撒出来，因为撞击足够的深，地球内部的各种物质基本上按比例抛撒出来，这些“饼干渣”受到地球引力束缚留在地球附近，然后就是碎片间喜闻乐见的碰撞融合，就形成了月球。
这个理论目前得到了学界大多数学者的肯定。
(我是凭借记忆作答，而且我也不从事相关研究，我尽可能想帮你解答，有什么不对的部分，请指出但不要较真。)

月壳由多种主要元素组成，包括：铀、钍、钾、氧、硅、镁、铁、钛、钙、铝及氢。当受到宇宙射线轰击时，每种元素会发射特定的伽玛辐射。有些元素，例如：铀、钍和钾，本身已具放射性，因此能自行发射伽玛射线。但无论成因为何，每种元素发出的伽玛射线均不相同，每种均有独特的谱线特征，而且可用光谱仪测量。人类仍未对月球元素的丰度作出面性的测量。现时太空船的测量只限于月面一部分。
月球有丰富的矿藏，据介绍，月球上稀有金属的储藏量比地球还多。月球上的岩石主要有三种类型，第一种是富含铁、钛的月海玄武岩；第二种是斜长岩，富含钾、稀土和磷等，主要分布在月球高地；第三种主要是由0.1～1毫米的岩屑颗粒组成的角砾岩。月球岩石中含有地球中全部元素和60种左右的矿物，其中6种矿物是地球没有的。
月球的矿产资源极为丰富，地球上最常见的17种元素，在月球上比比皆是。以铁为例，仅月面表层5厘米厚的沙土就含有上亿吨铁，而整个月球表面平均有10米厚的沙土。月球表层的铁不仅异常丰富，而且便于开采和冶炼。据悉，月球上的铁主要是氧化铁，只要把氧和铁分开就行；此外，科学家已研究出利用月球土壤和岩石制造水泥和玻璃的办法。在月球表层，铝的含量也十分丰富。
月球土壤中还含有丰富的氦3，利用氘和氦3进行的氦聚变可作为核电站的能源，这种聚变不产生中子，安全无污染，是容易控制的核聚变，不仅可用于地面核电站，而且特别适合宇宙航行。据悉，月球土壤中氦3的含量估计为715000吨。从月球土壤中每提取一吨氦3，可得到6300吨氢、70吨氮和1600吨碳。从分析看，由于月球的氦3蕴藏量大，对于未来能源比较紧缺的地球来说，无疑是雪中送炭。许多航天大国已将获取氦3作为开发月球的重要目标之一。
月球表面分布着22个主要的月海，除东海、莫斯科海和智海位于月球的背面（背向地球的一面）外，其他19个月海都分布在月球的正面（面向地球的一面）。在这些月海中存在着大量的月海玄武岩，22个海中所填充的玄武岩体积约1010千米，而月海玄武岩中蕴藏着丰富的钛、铁等资源。若假设月海玄武岩中钛铁矿含量为8%，或者说二氧化钛含量为4.2%，则月海玄武岩中钛铁矿的总资源量约为1.3×1015～1.9×1015，尽管这种估算带着很大的推测性与不确定性，但可以肯定的是月海玄武岩中丰富的钛铁矿是未来月球可供开发利用的最重要的矿产资源之一。
克里普岩是月球高地三大岩石类型之一，因富含钾、稀土元素和磷而得名。克里普岩在月球上分布很广泛。富含钍和铀元素的风爆洋区的克里普岩被后期月海玄武岩所覆盖，克里普岩混合并形成高灶和铀物质，其厚度估计有10～20千米。风暴洋区克里普岩中的稀土元素总资源量约为225亿至450亿吨。克里普岩中所蕴藏的丰富的钍、轴也是未来人类开发利用月球资源的重要矿产资源之一。
此外，月球还蕴藏有丰富的铬、镍、钠、镁、硅、铜等金属矿产资源。