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月亮上到底隐藏着什么秘密?

阿波罗11号登月已经50周年,但我们对月球的了解还很少,我们只是刮了刮一点月球表面上的东西。最近一篇发表在《地球物理通讯》上的论文描述了月球上最大的陨石坑下方几百英里的超大块迷之物体。科学家们很希望知道它究竟是什么,以及怎么到那儿去的。

月亮上到底隐藏着什么秘密?

这项新研究的合著者,普渡大学地球物理学家H. Jay Melosh说:“起初我们并不信真的有这么个东西,我们已知一些其他月球盆地存在质量异常,”——1968年由阿波罗计划之前的月球轨道飞行任务就已经发现了一些——“但是从来没有人知道月球的南极 – 艾特肯盆地有这种大规模的异常现象。”

南极 – 艾特肯盆地是太阳系中最大的已知陨石坑的所在地,宽度超过1200英里(约1931公里),深达数英里,被认为大约有40亿年历史,位于月球的背面,所以你在凝视月球的过程中从未发现过它。在这个大坑下面的未知物质被认为位于地下370英里(约595公里)处,大约是夏威夷大岛的五倍。

即使我们无法看到它并且没有实际的方法来直接研究月球表面下方的物体,我们也知道它的存在,因为我们可以探知引力的变化。在太空中受过撞击的行星和卫星会施加不均匀的重力场,基于整个星体的质量分布而波动。

我们可以通过在月面上方飞行的卫星来测量月球的重力场。由质量更大的地方引起的更强的拉力将导致航天器朝向地面加速。相反,当卫星飞越质量较轻的区域时,它会在高度上上升。将所有飞行数据汇总在一起可以得到月球引力场的映射,以及哪些部分比其他部分包含更多质量的信息。

对于面向我们的月球的正面来说,这很容易做到,但从历史上看,我们以前无法获得月球背面的信息。NASA的重力恢复和内部实验室任务(GRAIL)改善了这种情况。他们在2011年和2012年发送了两个月球轨道探测器,并花了一年的时间通过测量两个航天器在绕月球轨道运行时距离的变化来收集重力场和地质数据,这是一次令人难以置信的高精度调查。

新研究的几位作者是GRAIL团队的成员,并且研究期间测量的引力异常。一些人专门研究过后,发现了来自南极 – 艾特肯盆地的引力异常的数据。当他们将这些测量结果与月球勘测轨道器获得的月球地形数据结合起来时,该团队获知了一些奇怪的东西。

根据当时的知识,该地区被认为处于等温状态或重力平衡状态。“我们认为它不太可能产生任何类型的重力异常。然而,分析显示这种重力过多。数据还显示该重力源并不靠近地表 – 它在地下深处 – 并且足够重,可以将盆地向下压缩超过半英里。

一个早期的理论认为异常是由致密的晶体导致的,但没有好的方法来解释这些晶体是如何形成的。“我们当中没有人特别相信这个说法,”Melosh说,“这个解释不太行。”

研究人员所支持的主要解释是,重力由来自物体核心的金属(可能是铁镍),这些金属很久以前就撞击了月球,并且实际上首先创造了火山口。研究人员有点不愿意接受这种解释,因为别的说法似乎更有意思,但Melosh认为这个理论随着时间的推移变得更加有说服力。

总的来说,这个发现使我们不断尝试更详细地了解月球的地质。现在有一些模型表明月球的内部仍然足够温暖以促进地幔对流,在那里,热量允许月球的内部移动。如果我们应用我们所知道的地球上的这个过程如何推导致月球,那么这将意味着这个异常质量应该深陷并与月球核心融合。显然,这个过程仍处于暂停状态,因此科学家们现在仍在努力弄清楚这些模型是否准确,或者是否还有其他活动在进行之中。

“像这样致密的异常物体应该沉没并融入月亮的核心,”Melosh说。它仍然存在的事实可能告诉我们,月亮比我们曾经想象的更僵硬、更冷。Melosh建议我们需要将我们的模型修改为能够形成更硬的月亮,而不是更软的月亮。

然而,重写和运行这些类型的计算是非常巨量的,我们能否很快就能解决这个谜团尚不清楚。我们不太可能获得比GRAIL更好的重力场评估,但是“我们能做什么,”Melosh说,“无论这是什么,这都是大新闻。”他建议在月球周围建立新的地震仪,以收集任何地震活动的数据。这些数据可以用来更好地了解月球的内部,包括南极 – 艾特肯盆地下面的大质量物体。“我们将通过这种方式了解更多关于月球的知识。”

本文译自 popsci

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