驚人的差異,月球正面和背面像兩顆不同的星球,科學家找到原因

姿勢分子knowledge 發佈 2020-06-24T22:50:09+00:00

在古代,無數古人都曾抬起頭,思考月球到底是什麼的問題。他們怎麼也想不到,月球竟然是和地球類似的天體,而且還有另外一個面。

在古代,無數古人都曾抬起頭,思考月球到底是什麼的問題。他們怎麼也想不到,月球竟然是和地球類似的天體,而且還有另外一個面。

由於潮汐鎖定的作用,月球只有一面可以朝向地球,習慣上我們稱之為月球的正面。站在地球上的人永遠看不到另外一面,也就是月球的背面。只有飛到那裡或者藉助繞月球探測器,才能夠看到那片神秘的世界。

當科學家第一次看到月球背面的時候,他們就被震驚了:如果將月球的正面和背面分開來看,我們很難相信它們位於同一顆星球。月球的正面相對平坦,有大面積的月海,也就是我們平時看到的月球上的陰影,而它的背面則坑坑窪窪,布滿了小型的隕石坑,看起來更加明亮一些;正面的月殼厚度只有大約60公里,而背面則厚達150公里;正面以玄武岩為主,而背面幾乎都是高地斜長岩。此外在形貌構造、岩石年齡等方面,正面和背面也都有著顯著的不同。

明明來自於同一顆星球,為何兩面能夠呈現出如此驚人的差異?

自從人類第一次看到月球背面開始,這個謎題就一直困擾著科學家。有人認為,月球的正面的火山比較多,當玄武岩被噴射出來後會以岩漿的形式在正面月表流淌,掩埋了那些隕石坑。可是,這又帶來了新的問題:為何月球正面的火山比背面多呢?這個猜想於是又變成了研究月球領域的新熱門話題。

在解釋這個問題的時候,科學家們注意到了月球上的一些不同尋常之處,那就是風暴洋克里普岩區(Procellarum KREEP Terrane)。科學家認為,這個風暴洋克里普岩區,很可能與正面的玄武岩有著密切的關係。

所謂的克里普岩,指的是富含鉀(potassium,元素符號K)、稀土元素(Rare Earth Elements,縮寫REE)和磷(phosphorus,元素符號P)的棕黃色玻璃狀礦物。除此之外,月球的克里普岩中還有鈾和釷等放射性元素,它們會在漫長的歲月里發生衰變,釋放出熱量。

(圖片說明:與KREEP對應的釷濃度)

在此前的研究中,有科學認為,這些放射性元素的放熱特性可能與月球正面的火山活動有一定的關係。根據我們對月球內部建立的熱模型,鉀的同位素、釷和鈾的放射性衰變可能在數十億年的歲月里為月球的正面提供了熱源。

為了證明這個猜想,一支國際科學家團隊展開了研究,通過相關的實驗分析,來判斷克里普岩對於月球表面的構造到底有何影響,並且將研究成果發表在了《自然地質科學》上。

首先,他們將相關元素按照一定比例混合,仿造出了一定量的克里普岩。然後,他們將仿造的克里普岩和與月球表面類似的岩石進行混合,其中克里普岩的比例分別占了5%、10%、15%、25%和50%。接下來,他們將這些混合岩石在1175到1300攝氏度之間的溫度下分別保存4至8天的時間,以觀察克里普岩對普通岩石的影響。


結果表明,克里普岩對於這些岩石來說的確有著巨大的影響,可以明顯降低這些岩石的熔點。和那些完全沒有加入仿造克里普岩的空白對照樣本相比,那些被混合的岩石被融化的量增加到了前者的2-13倍。而且,這個數據還僅僅是克里普岩對於降低岩石熔點的效果,如果考慮到其本身衰變釋放的熱量,基本可以確定會融化更多的岩石。

那麼,克里普岩中的放射性元素會對岩石產生何種影響呢?由於衰變過程相對比較長,所以該團隊利用數值建模來分析這個過程。結果顯示,這些元素的放射性為克里普岩融化岩石助了一臂之力。兩種機制疊加在一起,極有可能就是月球正面火山活動的最重要的能量來源。最終月球正面出現大量的火山噴發,最終形成了這些黑暗的月海。

至於月球的背面,我們暫時還沒有發現克里普岩。或許就是由於缺乏這種特殊的礦物,所以月球背面就沒有那麼多火山,保留了大量的小隕石坑,變成了今天的模樣。

(圖片說明:克里普岩)

這裡又有一個問題,月球正面為何有這麼多的克里普岩呢?同是一顆星球,為何這種礦物的分布如此不均勻呢?

實際上,這也是科學家好奇的問題。沒有人知道其中的原因,不過該研究團隊認為:這或許與月球的形成機制有關。

根據目前的理論,我們認為月球的形成來自於45億年前的一次撞擊事件。當時,一顆體積和火星差不多,名叫忒伊亞的行星由於引力的波動流竄到地球軌道附近,與地球發生了一次劇烈的撞擊。地球遭受到了前所未有的災難,不僅整個被炸碎重組,而且大量的碎片被濺到太空中。這些碎片凝聚起來,就形成了今天的月球。

研究人員認為,這些碎片在凝聚成月球的過程中並不是均勻分布的,於是造就了正面有著大量的克里普岩,而背面卻完全找不到這種礦物的結果。當然,關於這個猜測,我們也需要尋找更多的證據才能確認。

對於風暴洋克里普岩區形成過程的研究,可以幫助我們更好地了解月球是如何誕生和演化的,這些都是目前困擾科學家的未解之謎。日本地球生命科學研究所的行星科學家Matthieu Laneuville指出:「由於侵蝕過程相對來說非常少,月球表面很好地記錄了太陽系早期歷史中的地質事件。尤其是月球正面某些區域鈾和釷等放射性元素的濃度與其他區域大不相同,了解這些區域鈾和釷富集的原因,有助於解釋月球形成的早期歷程,進而解釋早期地球的環境。」

(圖片說明:月球表面最大的月海風暴洋)

這一切謎題的謎底,就在月球上隱藏著。或許當美國重返月球之後,我們就可以找到答案,看看地球和月球在形成的初期,到底經歷過什麼。

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