來點物理NO.37|神奇的月球隕石坑

2020-11-29 果殼中的物理

月球是地球的衛星,並且是太陽系中第五大的衛星。月球直徑大約是地球的四分之一,質量大約是地球的八十一分之一,其表面布滿了由隕石撞擊而形成的環形的凹坑——月球隕石坑。我們知道隕石坑它的大小和它的深度,應該是成正比的,也就是說隕石越大撞擊後形成的坑就越深,直徑也就越大。然而月球上隕石坑雖然具有一定的寬度,但其深度卻十分的淺。科學家推算一顆直徑16公裡的小行星如果以每小時5萬公裡的速度撞毀在地球上,將會造成一個直徑4到5倍深的大坑,也就是應該有64至80公裡深,但是月球表面最深的一個隕石坑——加格林隕石坑,它的直徑有300公裡,深度卻只有6.4公裡。

不僅如此,細心的同學們會發現月球表面的隕石坑分配得極不平均,月球背面的隕石坑密密麻麻,一個挨著一個,而且月球上大多數山脈也分布在背面。月球向著地球這一面,隕石坑出奇的少,而且山脈也不多,幾大月海佔據了相當大的面積。為什麼會產生這些現象呢?

其實,在月球形成的初期,月球表面也具有極高的熱量,地質運動頻繁,火山噴發的頻率很高。但由於其質量較小,月球的冷卻速度比地球快。此外,在潮汐流的作用下,月球的自轉速度逐漸降低,並逐漸趨於與現在的自轉速度一致。因為此時地球表面仍然很熱,在熱輻射的作用下,月球朝向地球一側接收到的熱量遠遠大於其背面接收到的熱量。因此,前端冷卻速度慢於後端,表面保持了較長時間的熔化狀態。在小流星強烈撞擊時期,由於月球正面具有一定的流體特性,使隕石撞擊時一部分動能轉換為其他形式的能量,因此很難形成隕石坑。

那麼為什麼月球上的隕石坑看起來很淺呢?其實,隕石坑的深淺和天體的引力有關,因為月球引力很小,就像用力打沙子和輕輕打沙子一樣,產生的坑深度不同。但是隕石具有的動量很大,而動量和重力無關,只是和隕石的速度和質量有關,因此隕石與月球撞擊是完全非彈性碰撞,能量損失一樣,但是因為隕石坑很淺,而能量轉化卻很大,只能通過加大隕石坑直徑來實現。在巖石阻力的作用下,大量動能轉化為熱能,使衝擊區的部分巖體發生熔化或氣體變化,由此產生了隕石坑直徑很大但深度很淺的現象。

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