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进击月球,窥探最陌生的老邻居

时间:2016年07月01日 信息来源:科技日报 点击: 【字体:

千百年来月球为何一直以同一面面向地球,月球上的陨石坑为何都那么浅,月球上的纯铁颗粒为何不锈……


月球,跟随地球不知多少年了,也许地球上还没有人类之前,它就在天天看着地球。作为地球最亲密的邻居,作为人类肉眼所能看到的最大天体,月球有着太多令人费解之处。


6月25日,我国新一代运载火箭长征七号在海南文昌航天发射场点火升空, 6月26日15时41分,由长征七号火箭搭载升空的多用途飞船缩比返回舱在内蒙古巴丹吉林成功着陆。以往我国的火箭发射都选在酒泉等高纬度的发射场,而此次选择从海南文昌基地发射,可谓颇有深意,既显示中国战略空间的拓展和实力增强的自信,又显示了中国在2030年前实现宇航员登月的计划已是“板上钉钉”。长征七号的发射也意味着我国离“登月”又近了一步。


其实,从古至今世界各国都未曾停止过对月球的研究探索,但即使是这样,月球也仍有许多未解之谜,可谓地球最熟悉的陌生伙伴。今天,科技日报就带着你一起理理这些月球的未解之谜。


月球是捕获的还是撞出来的?


分裂说、撞击说、捕获说……关于月球形成的假说有很多,但科学家们一直没有完全确定月球是如何形成的。


分裂说认为在早期的地球出现过膨胀区,这部分熔融物质在地球高速自转的情况下被甩了出去,甩出去的物质在地球附近的行星际空间慢慢凝聚形成月球。而捕获说认为,太阳系内某处形成的多岩石天体被地球的引力吸引到地球附近轨道形成月球。但这种假说存在缺陷,因为被捕获的天体往往形状怪异,而月球的外形却近乎球状。此外,这类天体的轨道也通常不会与母行星的黄道面对齐,这与月球的轨道又不相符。


除这两种假说之外,大碰撞假说似乎解释了大多数问题,这使得它成为目前与月球形成的科学证据最相符的模型。


美国《科学》杂志2014年发表的一项新研究指出,40多年前“阿波罗”飞船从月球带回的岩石进一步证实了大碰撞假说——月球是一颗火星大小的行星与地球相撞后形成的。


科学家指出,45亿年前,一颗火星大小、名为“忒伊亚”的行星撞击地球,地球此后自我修复,而“忒伊亚”的大量碎片则在地球轨道上聚集形成了月球。来自德国哥廷根大学等机构的研究人员报告说,太阳系内各个行星都由独特的同位素组成,因此证实大碰撞假说的最佳方法就是比较地球与月球的氧、钛和硅等元素的同位素比率。研究人员采用一种非常灵敏的先进分析技术,分析了“阿波罗”飞船带回的月岩。结果显示,月岩的氧17与氧16的同位素比率,确实与地球岩石存在差异。参与研究的哥廷根大学的丹尼尔·赫瓦茨说:“虽然差异很小,难以察觉,但的确存在。我们现在有理由相信大碰撞发生了。”


目前多数关于月球起源的模型估计,月球70%至90%的成分来自“忒伊亚”,其余10%至30%来自早期地球。赫瓦茨则认为,月球的成分可能一半来自“忒伊亚”,一半来自地球。但他也表示这一观点尚需得到更多证据证实。


月球是地球卫星还是伴星?


在传统观念中,人们认为“月球围绕地球转,是地球的卫星”。如果这样说的话,就意味着我们的地球拥有一个大得“不自然”的卫星,为啥这么说呢?


地球的直径是12756公里,月球的直径为3467公里,是地球直径的27%,而其他行星的卫星,比如火星卫星的直径是火星的0.34%;木星最大卫星的直径是木星的3.5%;土星有23颗卫星,最大卫星的直径是土星直径的3.75%,这些行星的卫星,直径都没有超过母星的5%。相比之下,月球的直径就不是一般的大了。


正因如此,一些现代天文学家认为月球不是地球的卫星,而是伴星,是太阳系的第十六大行星。因为,一方面将月球看作地球的卫星不符合“类地行星”的规律特点;另一方面月球作为地球的伴星,两者在太阳引力作用下,沿着共同的轨道——地月轨道围绕着太阳运转,地月轨道是两者的质量中心,地球质量大于月球,这个中心轨道就离地球近。


目前,月球不是地球的卫星而是地球伴星的这一理论正逐渐被科学界所接受。


月球是一颗中空金属球?


与直径同样大小的行星相比,月球的密度要小得多,为此有的天文学家曾推测月球内部可能是空的。


1969年阿波罗12号对月球表面进行了一次撞击实验,引发月震。这次月震持续的时间超过了55分钟。震动由小渐大,然后振幅逐渐减弱。这次震动被科学家描述为“就像敲响了教堂的大钟。震波只是从震中向月球表层四周传播,而没有向月球内部传播,就像在一个完全中空的金属球体上发生的”。


这种月震实验后来还做过几次。美国航空航天局在《阿波罗16号与月面》的报告中说,月震研究表明,月壳内部有一个约64公里厚的硬层。


振动在月球内部的传导速度与振动在金属中的传导速度一致,于是科学家推测月球内部存在一个中间空心的金属壳体,而在壳体之上覆盖着松散的16至32公里厚的石块层。


月球有一个坚硬金属壳的另一个证据来自月球表面的陨石坑。月球表面大大小小的坑洞是陨石和彗星撞击形成的。地球上也有些陨石坑,据计算,若是一颗直径几公里的陨石,以每秒4800公里的速度撞到地球或月球,它所穿透的深度应该是其直径的四到五倍。


以月球表面最深的加格林坑为例,它的直径有299公里,深度却只有6.4公里。科学家计算,如果造成这个坑的陨石撞在地球上,将会造成至少1200公里深的大坑。对此,唯一的解释就是在月球表面下有一层非常坚硬的物质结构,使陨石无法穿透。


月球上的稀有金属从哪儿来?


根据已有的研究,月球陨石坑有极多的熔岩,奇怪的是这些熔岩含有大量的地球上极稀有的金属元素,如钛、铬、钇等,这些金属都很坚硬、耐高温、抗腐蚀。科学家估计,要熔化这些金属元素,至少需要两三千摄氏度以上的高温,可是月球是太空中一颗“死寂的冷星球”,起码30亿年以来就没有火山活动,因此月球上是如何产生如此之多需要高温的金属元素呢?


而且,科学家分析了380公斤月球土壤样本后,发现竟含有纯铁和纯钛,而自然界不会有纯铁矿。这些无法解释的事实似乎都在传递一个信息:这些金属不是自然形成的。


此外,前苏联和美国的科学家还发现了一个更加奇怪的现象:这些纯铁颗粒不但能够在月球不生锈,而且在地球上放了7年也未生锈。在科学世界里,不生锈的纯铁是闻所未闻的。


关于月球的诡异数字是巧合吗?


月球永远以同一面对着地球,它的背面直到太空船上去拍照后,人类才能窥视容颜。


月球为何永远以同一面向着地球?科学家的说法是说它以每小时16.56公里的速度自转,另一方面也在绕着地球公转,而它自转一周的时间正好和公转一周的时间相同,所以月球永远以一面向着地球。然而太阳系其他行星的卫星都没有这种情形,为何月球正好如此,这是一种巧合吗?


月球离地球约为38万公里。太阳距离地球约为1.5亿公里。太阳到地球的距离约为月球到地球距离的395倍。太阳直径约为138万公里,月球直径约为3476公里,两两相除,太阳直径约为月球的395倍大。由于距离抵消了大小,使得太阳和月亮这两个天体在地球上空看起来圆面变得一样大。同是395倍,这又是一种巧合吗?


著名科学家艾西莫夫曾说过:“从各种数据和法则来衡量,月球不应该出现在那里。”他说:“月球正好大到能造成日蚀,小到仍能让人看到日冕,在天文学上找不出理由解释此种现象,这真是巧合中的巧合。” 

(作者:陈思雅)
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