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月球背面发现埋在地下的巨大未知物:这团神秘的物质可能是金属

时间:2019-06-23 10:14 来源:网络 作者: 菜叶

 

这张影像是根据美国航天总署(NASA)月球勘测轨道飞行器(Lunar Reconnaissance Orbiter,LRO)的数据所绘制,显示出月球背面坑坑疤疤

 

这张影像是根据美国航天总署(NASA)月球勘测轨道飞行器(Lunar Reconnaissance Orbiter,LRO)的数据所绘制,显示出月球背面坑坑疤疤的样子。 蓝色阴影处的南极-艾托肯盆地(South Pole-Aitken basin)是太阳系中已知最古老也最大的撞击盆地,宽度约2500公里。 PHOTOGRAPH BY NASA/GODDARD

这张伪色影像是月球背面的地形图,较暖的色调显示海拔较高的区域,而较冷的色调则显示海拔较低的区域。 虚线圆圈表示南极-艾托肯盆地下方的质量异常区域。 IMAGE

 

这张伪色影像是月球背面的地形图,较暖的色调显示海拔较高的区域,而较冷的色调则显示海拔较低的区域。 虚线圆圈表示南极-艾托肯盆地下方的质量异常区域。 IMAGE BY NASA/GODDARD SPACE FLIGHT CENTER/UNIVERSITY OF ARIZONA

研究人员在月球背面发现埋在地下的巨大未知物:这团神秘的物质可能是金属,差不多是夏威夷大岛的五倍大。

近日发表在《地球物理研究通讯》(Geophysical Research Letters)上的研究指出,这个特殊的结构位于南极-艾托肯盆地下方至少290公里处。 南极-艾托肯盆地起源于数十亿年前的巨大陨石撞击,当时的月球表面已从最初的熔融状态,冷却到足以让撞击留下持久的印记。

研究团队结合了根据美国航天总署(NASA)重力回溯及内部结构实验室(Gravity Recovery and Interior Laboratory,以下简称GRAIL)的数据和月球勘测轨道飞行器的月表地形数据,发现了异常质量。 这些数据让科学家能够比过去更准确地计算陨石坑的地壳厚度和地函密度,因此揭露了在月球地表下的这个奇特的巨大质量。

这篇研究论文的共同作者──贝勒大学(Baylor University)的彼得. 詹姆斯(Peter James)指出,巨大质量或许与陨石坑的形成有关,可能是古老陨石金属核心留下的残余物质。 虽然从月表无法明显地看到地底下异常巨大的质量,但它确实产生了相当大的影响,让这里的月表变成了较周围陨石坑底还要低800公尺左右的特殊卵形凹陷──科学家将这种地形特征称为中央凹陷。

「这个发现相当重要,」NASA戈达德太空飞行中心(Goddard Space Flight Center)的月球地质学家丹尼尔. 莫里亚蒂(Daniel Moriarty)表示:「这真的让我们得以一窥月球内部发生的事情。 」

先前,科学家就一直对南极-艾托肯陨石坑的表面成分和大小非常感兴趣。

「这是我们在太阳系里所知的尚存陨石坑中最大的一个。 」詹姆斯表示。 这次发现的异常质量让科学家更为好奇,特别是因为南极-艾托肯陨石坑和附近的月球南极,都是未来许多月球任务可能调查的潜在目标。

科学家已经开始研究地底下的巨大质量。 他们的努力或许可以揭开形成这个陨石坑的巨大撞击背后的故事,并填补我们对月球和其他天体如何随时间变化的重要未知细节。

「我的工作是为陨石撞击建模,这项发现实在让人兴奋,」并未参与这项研究、布朗大学(Brown University)的布兰登. 约翰逊(Brandon Johnson)表示:「我迫不及待地想开始研究这个问题。 」

巨大的发现

GRAIL在2011年发射了名为退潮号(Ebb)和涨潮号(Flow)的两艘宇宙飞船,绕月飞行近一年,并且在任务期间精确地描绘了月球重力场的变化。 该研究团队利用这些数据,建构了目前最高分辨率的月球重力场图。

月球的组成成分为何? 它又是如何形成的呢? 让我们跟着影片,一起来了解月球的猛烈起源、月相变化如何形塑最早的历法,以及人类如何在半个世纪前,首度探索地球唯一的天然卫星。

利用这些数据,我们就能大概了解月球地表和地下的情况。 在质量愈大的地方(像是地形愈高或岩石密度愈大),重力就会愈强。 从GRAIL所绘制的重力场图,可以看到南极-艾托肯盆地与月表多数大型陨石坑间有着明显的差异。

其他大型陨石坑也有所谓的质量聚集区(mass concentrations,简称为mascons)。 1968年,NASA喷射推进实验室(Jet Propulsion Laboratory)的科学家在重力场图中发现像靶心一样的结构──中心的圆形区域是个强重力区,周围环绕着重力较弱的环形,再往外是另一个重力更强的环形。 这种现象是由于月球在受到陨石撞击后,密度较低的地壳和密度较高的地函发生重新排列的结果。

但南极-艾托肯盆地并没有像这样的靶心结构。 为了弄清楚这里下面发生了什么事,科学家改以计算的方式,依据对撞击力量提出的新假设创建了模型,更准确地反映出自然系统。 结果显示在月球的上部地函内,有着大范围的高密度物质聚集区域。

核心的残骸?

研究团队提出两种解释地下巨大质量的可能性。 第一种可能性,是早期月球还被古老的岩浆海洋覆盖时,在冷却的最后阶段所形成致密氧化物的残余物。 但研究人员仍无法提出可以精确解释在这块盆地下方形成这样高密度区域的机制。

詹姆斯问道:「在月球所有的地方中,为什么这里会出现这个巨大质量呢? 」。

另一种可能,则是该研究团队认为,这团巨大的质量可能来自古老的陨石冲击。 撞击月球让这里形成巨型盆地的那块太空岩石,可能大到在形成之初就足以分成不同岩层。 因此这颗岩石就像今日的众多行星一样,拥有高密度的金属核心和岩质外层。

在撞击的命运之日,冲击的能量在月球表面形成深深的碗状陨坑,陨石的金属核心撞进坑洞内部。 但原本的陨坑并没有留下来,熔岩重新填满了坑洞的部分区域,而陨坑内仍残留古老陨石核心的熔融痕迹。

詹姆斯表示:「我敢打赌就是这样。 」

「这个解释很能说服我,那里真的有些什么。 」约翰逊也同意这个解释,认为异常质量的确有可能是陨石核心所留下的残骸。 「我在阅读这篇论文的时候,一直在想我们接下来可以采取哪些不同的方式,了解究竟是什么造成他们在地底下发现的异常质量。 」

愈来愈好奇

这篇最新研究不但发现了神秘的异常质量,还回头检视了撞击盆地内缘的边界。 他们的结果指出,先前的科学家低估了陨石坑的大小。 由于NASA和其他机构的任务正准备前往这个撞击盆地和附近的月球南极,因此这个发现可能相当重要。 在这之前,最后一次研究撞击盆地内缘边界的科学家所使用的数据是来自克莱门汀号(Clementine)任务的结果,但该探测器并未探测到靠近盆地南边的一些区域。 而最新的研究则是使用了月球勘测轨道飞行器和GRAIL的数据,数据更为完整。 结果显示,这个陨石坑比过去认为的还大了64公里左右。

整体来说,这项研究让我们对南极-艾托肯盆地更好奇了。

「这实在是太神秘了。 」西安大略大学(Western University)行星科学与探索中心(Center for Planetary Science and Exploration)的莎拉. 玛斯鲁尔(Sara Mazrouei)说。 她并未参与此项研究工作。 如果科学家能对这种结构有更深的认识,或许就能更了解太阳系天体形成的奥秘。

「在我们的太阳系中,每颗行星都是由更小的天体互相撞击,最终才形成更大的天体。 」莫里亚蒂表示。

在地球上,永不停歇的板块运动会持续改变地球过去的地貌,或是让早期撞击所留下的痕迹消失。 但月球的地貌仍维持着数十亿年前的样子,留下了在太阳系婴儿时期发生的令人难以置信的纪录──包括形成这个太阳系已知最大撞击盆地之一的戏​​剧性事件。 (延伸阅读:地质学家也震惊,月球地质可能依然活跃! )

「我们对于它是如何形成的确切过程,有太多不了解,」莫里亚蒂在谈到南极-艾托肯盆地时说:「这是目前研究中一个很大、很大、很大的领域。 」

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