為何月亮的正面、背面地貌不同?可能是年輕時曾被矮行星撞擊

作者 | 發布日期 2019 年 05 月 23 日 15:03 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 follow us in feedly


月球永遠只向地球展示它較光滑的那半面,而我們看不到的月球背面,實際上具有截然不同的地質特徵,這種異常現象讓科學家困惑多年。現在新的電腦模擬表明,這種不對稱性來自月亮古代曾被一顆巨大天體猛撞(可能是矮行星)。

我們的月亮是個兩面人,這句話的意思是:每天晚上掛在高空的月亮,向你展示的其實一直只是它的半邊臉頰,如果你可以乘著太空船繞月亮一圈,那麼你會發現月亮面對地球的那一面大多是開闊的盆地,而背對地球的那面卻佈滿隕石坑。

最早揭發此事實的是 1960 年代起 NASA 一系列阿波羅任務;2012 年時,NASA 重力回溯及內部結構實驗室(GRAIL)進一步精確繪製月球的重力場圖以判斷月球內部構造,並揭開更多細節:面對地球的那面地殼較薄,背對地球的那面地殼較厚,且額外覆蓋了一層 10 公里厚、富含鎂與鐵的材料層。

也就是說,月球兩半面無論是地形、地殼厚度還是化學成分,都有如雙面人。科學家推論,這種明顯的不對稱性可能是很久以前某種未知的物理過程造成。

至今有許多理論試圖解釋月球的雙面不對稱性,一個理論為:原本繞行地球的衛星應該有兩個,但合併成一顆,成為如今的月亮;另一個理論則說,是一顆年輕氣盛的矮行星衝過來與月球相撞,把月球背面撞得不成月形。

澳門科技大學天體物理學家 Meng Hua Zhu 領導的團隊在進行 360 種撞擊模擬後,最近得出最接近事實的兩個結果,第一個為:一顆直徑達 780 公里的大型天體(可能是矮行星,大小約冥王星的三分之一、月亮的四分之一、或比穀神星小一點),以每小時 22,500 公里的速度與月球碰撞;第二個則是直徑約 720 公里的天體,以每小時 24,500 公里的速度輕微撞擊月球。

▲ 巨大天體撞擊月球過程示意圖。(Source:美國地球物理聯盟

這兩種撞擊結果顯示,外來天體都會噴出一大堆灰塵碎片,最終在月球背面堆積出 5~10 公里厚的物質,同時也會促使地殼移位,完整重現今天所見的月球地殼厚度分布概況。但你可能會問,這顆小行星這麼大,照理說應該要留下一個超級無敵巨大的坑洞?研究人員解釋,由於當時月球還很年輕,內部溫度高,所以修復能力也還不錯,可以抹掉曾被撞出一個大洞的痕跡。

該模型還可以解釋為何地球與的基本組成物質相同,但月球表面上富含鉀、磷以及稀土元素的同位素,比如鎢-182,這些元素其實是來自撞擊小行星的殘渣。

這項研究不只可以嘗試解釋月球的差異性,也能套用在太陽系中其他出現不對稱結構的星球,比如火星。新論文發表在美國地球物理聯盟(AGU)出版的《地球物理研究期刊:行星》(Journal of Geophysical Research: Planets)。

(首圖來源:NASA JPL