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嫦娥三号登陆点形成于38亿年前的一场“天月大冲撞”

时间:2016年07月22日 信息来源:腾讯太空 点击: 【字体:

雨海所在位置的地图


腾讯太空讯 在夜晚我们欣赏月亮时,会看到月面左上方有一大片辽阔的暗色区域,这里是月球上仅次于风暴洋的第二大月海“雨海”,2013年底,中国的嫦娥三号就降落在雨海北部靠近虹湾的地区。

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雨海地形图


月海是月球上大块黑色的玄武岩平原,而雨海被认为是一颗非常巨大的天体撞击产生的巨形陨石坑。大约在38亿年前,有一颗直径超过240公里(两倍北京到天津的距离)的小行星撞击了月球,形成了今天的雨海。科学家对这次撞击事件规模的最新研究论文,发表在了《自然》杂志上。

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雨海地区这些与主朝向不同的沟槽,其形成原因此前一直是个谜团。新的研究证实,它们的成因有助算出撞击形成雨海的天体大小。

该研究认为发生在月球雨海纪的这次撞击,其撞击天体的大小是此前预估的两倍大,质量也是之前预估的十倍,大到足以被归为原行星(胚胎行星)。这也是首次依据在月球上发现的地质特征来估算该撞击天体的大小。此前的估算基于计算机建立的模型,认为其直径只有80千米大小。


这一研究成果有助于解释雨海周围一些令人费解的地质特征,并对理解月球、火星与水星上尺寸相似的撞击盆地的形成过程提供了参考,这三颗星球上有不少来自太阳系早期其他原行星撞击形成的大型撞击坑。

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雨海南部俯瞰图:近处是皮西亚斯环形山(直径20公里),哥白尼环形山(93公里)位于喀尔巴仟山脉的后方(靠近顶部)。(阿波罗17号拍摄,美国宇航局。)


雨海的“雕塑”

雨海地区跨度近1200公里,面积非常辽阔,而雨海周围围绕着不少能够被地球上小型望远镜观测到的大型沟槽和裂缝。它们是在撞击时,熔岩从火山口喷出形成的,这些地貌堪称雨海的“雕塑”。此外还有雨海中心低洼处向外的辐射条纹,犹如车轮上的辐条,它们主要集中在雨海的东南部。这些地质证据说明当时的撞击从西北方向而来,撞击角度也不是垂直的,而是倾斜的。除了中心向外发散的辐射纹之外,还有一些与之朝向不同的沟槽,形成它们的撞击似乎来自西北,与原行星冲撞的轨迹相同。这些沟槽此前是一个未解之谜,没人知道它们是怎么形成的。

对此,美国宇航局艾姆斯研究中心利用枪进行了超高速撞击的射击试验,这一实验能够证实这些怪异沟槽的形成过程,它们很可能是撞击初期,被月面剪断的原行星碎块形成的,这些碎块形成的沟槽有助于估算这颗原行星的大小。

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实验室模拟的雨海撞击过程,可以看到两侧的沟槽与中心的撞击轨迹并不一致,这和雨海形成的地质特征类似。


来自实验室的证明

实验中枪射击的弹丸初速度可达2.6万千米/时,同时冲击板和高速摄像机记录着弹道动力学。在低角度的冲撞试验中,撞击物体会在最初接触后被撕裂开解体,而最初的撞击点位于最后形成的撞击坑后方,同时撞击体的主体在解体前会高速从撞击点开始掘开月面。

与之不同的是,形成那些怪异沟槽的碎块并不是朝着最后形成的撞击坑方向,并且这些碎块是在撞击初始点形成的。实验室也证明,这些碎块形成的沟槽并不朝向最后的弹坑。桑迪亚国家实验室以此建立的模型随后也证明月球上大尺度的撞击也会形成相似效果。

也因为这些碎块冲击形成的沟槽,科学家们能够找到雨海地区当时最初的撞击点。同时也因为这些解体碎块可能来自撞击天体的两侧,因此借助这些沟槽的轨迹可以估算出撞击天体的大小。经过计算,得到该撞击天体直径在250公里左右,足以被归为原行星。一些科学家认为这是该天体大小较为保守的估计,它的直径很可能达到300公里。

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由雨海的沟槽等地貌描绘、撞击时散落的撞击天体碎块轨迹,其中一些朝向甚至是平行的,图中文字标注阿波罗六次任务的着陆点。


“消失的巨人”与后期重轰炸期

科学家用类似方法估算了月球上其他几个撞击盆地的撞击天体大小,比如远在月球背面的莫斯科海与东方海,被认为分别是直径在100和110千米的天体撞击形成的,比之前估算的稍大。

在月球与其他天体上还有规模更大的撞击盆地,科学家们相信在太阳系早期,类似形成雨海的原行星在太阳系内是普遍存在的。月球和其他星球上的大撞击坑是这些“消失的巨人”们曾经存在的证据。

这项研究也有其他显著影响,比如撞击后幸存的碎片会散落到月球各处,并与月壤慢慢混合在一起,这也解释了为什么阿波罗16号带回来的月球样品有如此高比例的陨石,因为它的着陆地点就在雨海。

此外,如此多的大型撞击事件也证明在太阳系早期,有一个被称为“后期重轰炸期”的时期,从40亿年前一直持续到38亿年前,月球与水星上的大部分陨石坑都是这一时期形成的。科学家们建立的模型也暗示,造成撞击雨海的天体会有成千的碎块在撞击时逃脱月球引力,进入太空绕太阳运行,并反复穿越地球与月球轨道,造成后续持续的小型撞击,这些小碎块直径甚至能有一到两公里,足以在月球表面形成20公里直径的撞击坑。

科学家们认为,月球上仍有很多太阳系早期秘密的线索,它布满陨石坑、伤痕累累的表面可以告诉我们很多38亿年前的故事。


(作者:桂林/编译)
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