探索月球神秘的“另一面”

  英国著名物理学家霍金在微博又火了,由他引发的话题“霍金警告人类不要尝试登月”这几日一直高居微博热搜榜首。这条由“BBC全球探秘资讯”发布的微博称,“霍金再发警告不要登月,科学家证实外星人就在月球背面。”尽管随后各大媒体又集体出来辟谣证实这句话根本子虚乌有,但神秘的月球背面还是成功引起了民众关注。那么,为什么人们一直对月球背面存在多种猜测呢?

  月球背面为什么这么神秘

  实际上,月球背面之所以显得神秘,原因在于我们无法从地球上直接观测到那里。中国科学院国家天文台科学传播中心主任、行星科学家郑永春说:“在没有月球探测器之前,月球背面一直是一个神秘的未知世界。”

  众所周知,月球是地球唯一一颗天然卫星。其正面和背面因距离地球的远近不同受到的引力也不相同,也就是说月球的腹背受力是不同的。

  “月球背向地球的半球离地球较远,受到的地球引力与面向地球的半球相比要小。如果月球自转周期与绕地球的公转周期不相等,那么月球上同一部位受到的地球引力会随时间变化,这就导致了月球不同岩层之间发生摩擦,这些摩擦力会逐渐减慢月球自转的速度,最终使月球自转的周期恰好等于它绕地球公转的周期。”郑永春说,即月球被地球的引力潮汐锁定。潮汐锁定后,从地球上看月球,就永远只能看到月球的一面。总体上,从地球上可以观测到整个月球表面的59%。

  虽然在地球上只能看到月球的一面,人类也不曾登陆过月球背面,但科学家并不缺乏月球背面的探测数据——各种月球探测器拍摄下了很多月背照片。

  据郑永春介绍,1959年,苏联发射的月球3号探测器在飞越月球时,第一次拍到了月球背面的图像。上世纪六七十年代,美国和苏联的月球探测器多次获得了月球背面图像,阿波罗8号宇航员以及之后登月的宇航员都飞到了月球背面,亲眼看到了月背的荒凉景象。

  月球背面月海为什么比正面少

  当月球3号探测器首次拍下月背图像后,科学家们本来预想会看到熟悉的暗区和亮斑,然而结果大大出乎他们的预料。月球的正反面看起来完全不同。郑永春说:“月球正面地形平坦、月海居多,背面颜色较亮,月陆居多,撞击坑分布密度也比正面高,地形更崎岖。”

  他解释称,月海是指月球上大片颜色较深的黑斑区域,实际上是一些宽广的平原,一滴水也没有。这些区域对太阳光的反射比较弱,看上去比周围更暗一些,很像地球上的海洋,约占月表面积的17%。月球上共有22个月海,其中19个分布在正面,包括雨海、静海、云海、冷海、风暴洋等,约占整个正面半球表面积的一半。而月球背面只有东海、莫斯科海和智海3个月海。

  这是怎么回事呢?在人类拍摄了第一张月球背面照片50多年之后,这个问题仍然没有得到完全解答。

  有科学家提出,月球正面与背面的明显差异,与月球的起源与演化有关。大碰撞假说是目前解释月球形成的最主流的说法。该假说认为,45亿年前,一颗火星大小、名为“忒伊亚”的行星撞击地球,地球的外部数层以及忒伊亚的大量碎片在地球轨道上聚集,最终形成了月球。

  月球形成后其轨道向地球逼近,大约在39亿年前,当月球运行到地球的洛希限(行星对卫星的潮汐力可将卫星粉碎的最大距离)附近时,由于地月潮汐力的相互作用,地球与月球正面均有一部分被引力撕裂并粉碎,甚至蒸发、熔融,大量被撕裂的碎块又回返到月球正面,撞击月表,在月球正面形成大面积月海盆地。而月球背面几乎没有受到地月潮汐力的影响,没有发生过类似的撞击。

  但是也有研究表明,当时月球的正反两面都受到了撞击,由于月球正面比较温暖柔软,形成了规模庞大的玄武岩熔岩流,这些熔岩流填补了撞击坑,将它们改造成了月海盆地。而月球背面则保留了撞击后的原始状态。

  月球背面的月壳为什么比正面厚

  日本研究人员利用日本绕月探测卫星“月亮女神”对月球进行观测研究后发现,月球正面和背面的重力分布存在差异。他们推测,月球背面的月壳可能比正面坚硬。美国航空航天局也证实,月球背面的月壳要比正面厚大约30英里(约为48.3千米)。这并不是说背面有的地方更厚,而是背向地球一侧的月壳整体都比正面的一侧要厚。究竟为什么月球背面会那么厚呢?

  有科学家给出了一个大胆的推测,他们认为忒伊亚星的撞击可能形成了两个月亮而非一个,月亮双生也许就能解释月球两面相异的成因了。根据这一理论,45亿年前,在夜空中有两个月亮,小的跟在大的后面,并且距离越来越近,最终,小月亮从后面“抱”住了大月亮,二者慢慢黏在一起,形成了一层更厚的月壳。

  然而美国宾夕法尼亚州立大学的天体物理学家对此有着不同的说法。他们指出,大碰撞发生后,地球和月球都非常炽热。月球比地球小得多,冷却得也快。由于地球与月球从一开始就被潮汐锁定,所以温度超过2500摄氏度的地球会向月球正面辐射热量。使得月球面向地球的那一面保持熔融状态,而远离地球的背面则缓慢降温,这样一来,月球背面与正面就出现了温度差。

  当月球背面的岩石蒸汽开始冷却时,最先析出结晶的就是铝元素和钙元素。数千年乃至数百万年后,这些元素与月幔中的硅酸盐结合,形成斜长石,最终转移到表层,组成月壳。背面的月壳中这些矿物的含量更高,因此月壳厚度也更厚。

  月球背面包含了许多至今未解的谜题。从目前人类获得的信息来看,它没有外星生物,也没有秘密基地,却拥有比这些更难以捉摸的难题等待我们去探索。