月球的陨石坑可揭示撞击物来源,其演化和潮汐锁定之间有何关联?
环球科学猫 发表于:2019-10-18 07:04:05
原标题:月球的陨石坑可揭示撞击物来源,其演化和潮汐锁定之间有何关联?
作者:文/虞子期
从一般意义上来说,任何月亮其实都不过是卫星轨道上的一颗星球,只是我们平日里所说的月亮,通常都是特指地球的唯一天然卫星,它是太阳系中的第五大天体,也是地球天空中第二明亮的物体。早在50年之前,人类就实现了第一次登陆月球行动,我们看到了星球表面那些大大小小的陨石坑,明白了为什么我们只能看到月亮的同一面,以及月球外壳发生缩小的事实。然而,随着这些谜团的打开,我们又由此产生了许多而新的疑惑,比如:科学家们是如何通过对月球的观察,以获取到星际陨石的重要信息,月球的“远侧”是否都处于黑暗之中,发生萎缩的月球将会如何在以后的时间里经历怎样的演变过程?
月球的陨石坑可揭示撞击物来源
根据科学家们目前对月球的了解来看,该星球的年龄大概在43亿年左右,由于受到了诸多小行星的撞击。其表面布满了大小不一的陨石坑,其中的一些裂缝甚至可以延伸到20公里左右的深度,因而它们并不只是遗留下了其他物体来过的痕迹。经过科学家们长时间以来对月球的探索,位于其表面的这些陨石坑几乎都已被充分记录下来,但关于月球地壳的上部区域却知之甚少。从NASA的GRAIL(重力恢复和内部实验室)所收集到的数据来看,月球地壳的实际密度远低于科学家们之前的预期,这与月球上的古老撞击所导致的表面大幅断裂有密切关联,因为当这样的事件发生之后,会导致孔隙度增加,密度也随之降低。
我们可以通过一组更为形象的数据来表述这个过程,比如,直径一公里的物体可能会造成月球达到20公里左右深度的裂缝,而直径10公里的物体在撞击月球之后,裂缝的深度可能相差不大,但却会横向延伸到距离冲击坑300公里左右。随着时间的推进,这些被撞击出的裂缝在增长的同时连接到了一起,造就了我们如今看到的碎片化的月球外壳。之所以我们可以如此清晰地看到它们,是因为月球本身没有气氛,望远镜的对象不是太空,而是直指月球表面,因而也能够看到这些撞击的发生时间。
当撞击物在月球表面划过时,总是伴随着爆炸和后来形成的火山口,流星体的阴影和反射的阳光都会被搜寻到。爆炸性撞击所产生的光谱,有助于了解这些流星体的组成、其原系统的元素丰富程度,以及是否是可居住行星的可能位置;科学家们通过观察物体撞击之前相对于阴影移动的速度,计算得出三维速度,从而了解到该流星体是否来自遥远的外太阳系。科学家们甚至能够从这些测量中了解到流星体的质量、三维速度、密度,甚至是影响的辐射效率,加深了我们对星际物体的来源和构成原理的了解,并对其他行星系统和我们自己的相似点和不同之处有了更深的理解。
月球的整个远方不等于其黑暗面
当位于地球上的我们望向月球的时候,似乎它永远都是同一个样子,只是会因为时间和天气的原因而呈现出大小不同的状态,这其实是因为所谓的潮汐锁定所导致的结果,月球总是将自己的同一面朝向我们的地球。这两个星球之间的距离非常接近,致使相互施加了重要的引力,它们的旋转速度也因为潮汐引力而减缓,并将月球的旋转和轨道周期在较短的时间内进行了同步锁定。目前,月球在自身旋转轴上绕行一周所需要的时间,与其围绕地球运行一圈的时间长度都是28天左右,因此,我们看到的月亮会是同一面,而月球天空中的地球也总是静止状态。
对于月球的近侧,科学家们已经进行了较多的研究,并且我们可以直接观察到它,而月球的远侧相对而言则更为神秘,但若将其描述为月球的黑暗面则不是一种准确的表达,因为月球的世界里也有白天和黑夜。2019年1月2日,Yutu 2号探测器在触地后不久便开始了对月球远端的探测,研究人员能够在那里测量到来自宇宙的微弱信号,可以观察到来自太阳或其他天体的低频无线电,这些都是我们在地球上无法检测到的信息。科学家们的探索距离月球的极地陨石坑越来越近,太阳似乎永远不会照射到这些火山口的地面上,月亮上的确存在着黑暗的部分,但它并不是月球的整个远方。
发生萎缩的月球将会如何结束
科学家们通过观察月球震动,发现其表面的悬崖状裂缝被拖拽,导致月球外层产生收缩,也就是说我们的月球发生了萎缩。在这个过程中,研究人员甚至还对1969年到1977阿波罗登月任务期间收集的地震数据进行了重新审视,并将地震数据映射到月球表面的陡坡、或是逆冲断层,这些底层延伸数英里、且高达数十英尺。从数据分析的结果来看,月球上大约25%的部分都可能是因为这些断层所释放的能量而产生,而不是源于月球深处的活动或小行星撞击。在LRO照片中,还有诸多证据表面月球的萎缩仍在发生,因为受到干扰而暴露的较亮点,暗示了这样的活动是最近发生的,并且其断层仍然处于活跃的状态,这可能是因为月球持续进行着收缩状态。
科学家们可以通过更大的现代地震仪网络,在了解月球地质这方面取得更大的进步,以增强我们对月球本身的认知,但我们同时也很关注它将如何结束。众所周知,月球的轨道目前正在以每年3.8厘米的尺度远离地球,如果从月球形成开始就一直保持着这样的衰退速度,那么,我们必须将时间拉回到130亿年前,因为地球的大陆构造历史可以和到月球的距离联系起来。行星的旋转速度因为潮汐能量的损失而减缓,从而导致了月球远离,而潮汐又主要由地球海洋盆地的大小和形状所控制,海洋的几何形状会随着地球的构造板块移动而发生变化,其最终所导致的潮汐的变化对月球的原理产生了重要影响。简而言之,我们可以通过地球构造板块的变化,在具体的时间点得出地球和月球相关的位置信息。
想要得到这个问题的答案,我们可以尝试在古代沉积物的化学和物理变化中,找到米兰科维奇循环,这些周期不同于一般意义上的周期,它们都是因为地球轨道在方向和形状的变化,以及地区轴线方向发生变化所导致,气候循环也由此而产生,比如,曾经在地球上存在过几百万年的冰期。科学家们现在的目标,主要是通过重复计算不同时间段内、数百个地点的沉积物数据,以获取月球衰退在过去几十亿年里的连续记录信息。它们不仅可以帮助人类更好地了解古代月球的潮汐变化,更能对月球的演变带来重要提示。
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