大约46亿年前，漂浮在太阳周围的固体尘埃聚集在一起，形成了无数的微行星。之后，微行星之间反复碰撞合并，形成了更大的原行星，地球就是这样诞生的。
由于微行星和其他原行星不断碰撞合并，诞生之初的地球（原地球）表面熔化，覆盖着灼热的岩浆。当地球成长为现在这么大，天体之间的碰撞减少后，地球开始变冷，岩浆也凝固变硬。于是大气温度下降，大气中所含的水蒸气凝结（液化），开始降雨，结果就出现了海洋，最后诞生了生命并一直延续到今天。
刚才介绍的故事是地球46亿年历史的简单概括，绝大多数的研究人员都同意和认可这个概括。但如果仔细思考的话，就会发现这个故事有很多缺少的环节，许多未解之谜一直困扰着研究人员。比如月球是如何形成的，冰冻地球上生物的存活方法等。
月球岩石暴露了 “身世线索”
月球的起源与地球的形成密切相关，因为“月球的一部分可能源自地球”。
研究认为，月球和地球几乎是在同一时期形成的。通过对美国“阿波罗计划”等从月球带回的月球岩石进行分析，科学家确定了月球的年龄。
“阿波罗11号”于1969年首次带回的月球岩石的一部分。整个“阿波罗计划”将总计382千克的月球岩石带回了地球。
通过对月球岩石进行分析得以确定的，不单单是月球的年龄，科学家还发现，月球岩石中还含有岩浆缓慢冷却凝固所形成的矿物“斜长石”。由此可知，月球和地球过去都覆盖着灼热的岩浆，岩浆后来才冷却凝固的。
此外，对月球岩石的成分（氧同位素组成）进行仔细分析的结果表明，月球岩石的成分与地球的岩石成分非常相似。来自不同地方的小天体会飞抵地球，有的来自火星，有的来自火星和木星之间的小行星带等。分析结果表明，一般来说，这些小天体的同位素组成与地球岩石的同位素组成不同。也就是说，通常情况下，天体不同的话，其同位素组成也不相同，碰巧相同的概率非常低。
在这种情况下，地球岩石与月球岩石的同位素组成非常相似，则意味着地球和月球有着共同的起源。有理由认为，月球并不是在某个遥远的地方诞生之后才来到地球附近的，而是诞生于地球（地球的一部分分离出去后变成了月球）。
大碰撞假说也有漏洞
关于月球的起源，目前大碰撞假说得到了广泛支持。一个与火星大小差不多（直径大约是地球直径的一半）的天体撞上刚诞生不久的地球，在撞击产生的冲击作用下，大量碎片飞散到宇宙空间中，部分碎片后来返回了地球，但另一部分碎片合并到一起，成为围绕地球运转的天体，也就是月球。
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日本东京工业大学地球生命研究所的玄田英典教授长期从事行星形成与演化的研究，他介绍说：“大碰撞假说不仅能解释月球熔化后再次凝固，而且能解释月球怎样形成了现在这个大小。总的来说，这是最能说明迄今为止的观测事实的假说。”那么，大碰撞假说是最终结论吗？其实不然，这个假说也有缺点。玄田教授表示，大碰撞假说并不能很好地解释为什么地球和月球岩石的同位素组成非常相似。
如同火星那么大的天体撞击上地球时，撞击天体的碎片和地球的碎片都会飞散到宇宙空间。如果其中的一些碎片聚在一起形成了月球，那么，不光地球的碎片，撞击天体的碎片也应该以一定的比例出现在今天的月球中。但是，地球岩石和月球岩石的同位素组成却非常相似，看起来不像含有撞击天体的成分（混在一起）。这是月球起源的未解之谜，令研究人员非常头疼。
为了圆这个漏洞，科学家们开了不少 “脑洞”
科学家提出了几种解决方法。一个说法认为，撞击地球的天体恰好与地球有相同的同位素组成。玄田教授指出，虽然可能性不是零，但通常情况下是不可能的，可以说这是一个过于牵强的说法。
还有一种说法认为，撞击地球的天体并没有太多碎片飞散，而被撞击的地球却有大量碎片飞散。不过，火星那么大的天体撞击到地球时，撞击角度恰好只让地球飞散出大量碎片的概率非常低。
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因此，科学家在2017年提出了“多次碰撞假说”。也就是说，不是巨大天体撞击了一次地球，而是小型天体多次撞击了地球。与巨大天体撞击地球相比，如果是体积较小的天体撞击地球，只有地球飞散出大量碎片的概率更高。因撞击而四处飞散的地球碎片在地球周围形成了类似土星的环，环的成分（地球碎片）最后聚集成一颗小卫星。通过这种方式形成的几个小卫星进一步合并，从而形成了现在大小的月球。模拟结果显示，直径约为火星十分之一的天体每几百万年撞击地球20次左右的话，仅靠地球的碎片就能形成月球。
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以多次撞击假说为首，科学家提出了几个解决同位素组成问题的方案。但玄田教授认为“这些方案假设太多，设定太牵强，都缺乏决定性因素”。
那么，有解决的办法吗？玄田教授指出：“由于目前处于僵局，所以要采取与以往不同的策略。例如，如果弄清楚火星等其他行星的卫星起源，也许可以作为参考。”虽然火星有火卫一（Phobos）和火卫二（Deimos）两颗卫星，但它们的起源还不清楚。
为此，JAXA（日本航天局）计划于2024年发射探测器，从火星的卫星取样并送回地球。就像从月球岩石获得了各种信息一样，科学家期待从火星卫星的样品中也能获得有关其起源和进化的宝贵信息。例如，如果我们知道火星的卫星也是因巨大撞击事件而形成的，就能知道这种现象在太阳系中并不少见，这对探索月球的起源有很大的参考价值。
关于地球环境的形成与变化、生命的历史，还有很多未解之谜。比如地球上的水量是由什么决定的？为什么能形成浩瀚的海洋？传说中的 “雪球地球” 时期，地球真的冻成了一个大冰球吗？那时的生命如何存活？这些精彩的探索，都能在《科学世界》2024年第4期中找到更详细的解读。想知道答案？快去杂志里挖掘地球更多的亿年奥秘吧！