夜里抬头看月亮，很少有人会想到它可能是撞出来的。月球的样子太安稳，环形山、月海、灰色高地，像一件摆了很久的旧物。它的身世却指向 45 亿年前一次几乎把地球掀翻的斜撞，撞下来的碎片在轨道上重新聚成了一个球。
月球平均密度只有 3.34 克每立方厘米，比地球低四成
地球平均密度 5.51 克每立方厘米，月球只有 3.34。差别不在表面，而在整体成分。月球含铁少、含硅酸盐多，像一个被抽走了金属核的星球，这一点用任何捕获说都不好解释，因为捕获不会按成分挑拣。
阿波罗地震台的数据显示，月球核半径约 350 千米，只占月球半径的两成，质量占比不到 2%。地球的核占半径一半以上。两个天体的核身比例差得太远，很难用同一团物质同时凝聚来解释。
大碰撞假说要求撞下来的物质来自地幔，不是来自地核
假说设定 45 亿年前一颗火星大小的天体斜撞地球。撞击体与地球的金属核合并下沉，溅出去的硅酸盐壳幔物质在轨道上聚成月球。这样月球天然缺铁，也天然亏损钾、钠这类挥发性元素，与观测对得上。
数值模拟给出撞击体质量约为地球的十分之一，撞击速度约 10 千米每秒。溅射物在几小时到几十年内形成一个盘，盘内物质再花几十年到一百年聚合成月球，轨道随后被潮汐作用一点点推远。
月球与地球的氧同位素几乎同值，指向同一团物质
氧有三种稳定同位素，比例在不同天体上通常不同，陨石之间的差异可以到千分之几。月球样品的氧同位素与地球地幔落在同一范围内，差异小到接近仪器的分辨极限，这是同源说最硬的一条。
这个一致性既是证据也是难题。若撞击体来自太阳系外侧，它的氧同位素应与地球不同，撞完混合后月球该留下异样。测不出来，说明撞击体可能与地球同源，也可能撞击后的混合足够彻底，把差异抹平了。
月球正面月海多、背面少，是撞击之后才写上的
月海是玄武岩平原，集中在正面，背面只有零星几片。一种解释是正面地壳薄，岩浆容易上涌；另一种是背面遭到的撞击更早、更猛，把玄武岩的源区挖掉了。两种解释都指向形成之后的改造。
无论哪种解释，月海都不是月球形成时的样子。判月球身世要看高地斜长岩和深部样品，不能拿月海玄武岩当原始物质。高地岩石的年龄落在 44 亿到 45 亿年，才接近月球诞生的时刻。
关键数据
下面几个数字，构成了判断月球身世最常用的一组标尺。
- 月球平均密度 3.34 克每立方厘米。
- 地球平均密度 5.51 克每立方厘米。
- 月球核半径约 350 千米，占月球半径 20%。
- 月球核质量占比不到 2%。
- 月球每年远离地球 3.8 厘米。
- 月球轨道面与黄道面夹角 5.1 度。
- 月球高地岩石 44 亿到 45 亿年。
撞击体与地球同源时，氧同位素判据就分不开
氧同位素一致性常被当作大碰撞的强证据，但它只在撞击体与地球不同源时才有效。若撞击体本身是类地物质，两者氧同位素本来就接近，测出来一样也不能说明发生过混合，这条判据就失效了。
另一个失效条件是后期撞击。月球表面被撞了几十亿年，每次撞击都可能把外来物质混进样品。本文判断：单靠一个月球样品解释不了身世，需要多种元素同位素一起看，并挑撞击改造最少的样品。
参考文献
- Canup R M, Asphaug E. Origin of the Moon in a giant impact near the end of the Earth formation. Nature, 2001.
- Wiechert U, et al. Oxygen isotopes and the Moon-forming giant impact. Science, 2001.
- Herwartz D, et al. Identification of the giant impactor Theia in lunar rocks. Science, 2014.
- 欧阳自远.《月球科学概论》. 中国宇航出版社, 2005.