月球,这颗夜空中最为显著的天体,一直以来都吸引着人类的目光,激发着我们的无限遐想。它的起源和演化是一个充满神秘色彩的科学故事。
关于月球的起源,目前被广泛接受的是大撞击成因假说。在太阳系演化的早期,大约 46 亿年前,一个火星大小的天体(被命名为忒伊亚)与原始地球发生了剧烈撞击。撞击产生的巨大热量使挥发份迅速逃逸,导致月球相对地球贫挥发份;同时,月球主要由贫铁的硅酸盐熔体-气体盘凝聚吸积而成,且地核中加入了忒伊亚核中的大部分金属,使得月球整体相对地球贫铁。溅射出来的物质经过约 100 年左右的时间吸积,最终形成了月球。
在月球形成初期,它曾经历过一个重要的阶段——岩浆洋时期。月球形成之初发生过全球性的岩浆熔融,表层物质都处于熔融状态。随着岩浆洋逐渐冷却,橄榄石、辉石等矿物首先结晶,并受重力作用下沉堆积在岩浆洋底部,形成了原始月幔;接着,低密度的钙长石结晶上浮,形成了原始斜长岩月壳;后期,高密度的钛铁矿才结晶,堆积在原始月幔上部。这种上重下轻的结构具有力学不稳定性,导致大约在 43 亿年左右开始发生「月幔翻转」,从而引发了一系列岩浆活动,形成了多种月球上特有的火成岩。
在随后的演化过程中,月球也发生了许多重要事件。大约距今 41 亿年前,月球发生过一次规模较大的岩浆运动,在岩浆的分离过程中,形成了斜长岩成分的月壳,残留部分成为月表的高地。月球表层固结后,又在较深的部位发生局部熔融,产生了苏长岩成分的熔体。
距今 41 至 39 亿年前,月球比较集中地遭受到各种大型陨星的撞击,使月表出现许多月海盆地,即大型的环形构造,其中最典型的是雨海事件。月球上的月海大致都是在相近的时期内形成的,其生成的大致次序是:酒海、澄海、湿海、危海、雨海等。雨海纪形成的各个月海大约在距今 39 至 31 亿年间,被后期喷发的玄武岩所充填和覆盖。
此后,月表的轮廓基本形成。31 亿年以来,月球内部的演化已处于相对「停滞」的状态,外力作用在月球的演化史中开始占有主导地位。陨星不断冲击月表,使月坑继续形成和增多。爱拉托逊纪形成的辐射月坑,其辐射纹受月表的各种作用,有的变得不明显,有的则消失;而哥白尼纪形成的月坑,则具有明显的辐射纹。