月球背面埋著個大金屬疙瘩?

2021-01-11 解仁江

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原文作者：MAYA WEI-HAAS

翻譯：郭皓存

校對：牧夫校對組

編排：胡暖暖

後臺：庫特莉亞芙卡 李子琦

原文連結：

https://www.nationalgeographic.com/science/2019/06/massve-blob-discovered-moon-surface/

這重量級的發現將有益於科學家更好地理解地球等巖質天體是如何形成的。

左圖：由LOLA（the Lunar Orbiter Laser Altimeter, 月球軌道鐳射測高儀）測繪的月球海拔偽色圖，黑色圈為南極-艾特肯盆地外圍邊界，白色虛線小圈為盆地中央低地範圍。

右圖：由GRAIL（Gravity Recovery and Interior Laboratory, 重力回溯及內部結構實驗室）測繪的月球重力場偽色圖，參照半徑1748公裡，單位為毫伽（10^-3 釐米/秒平方）。和左圖一樣標示了南極-艾特肯盆地外圍（黑色圈）和盆地中央低地範圍（白色虛線小圈）。

2019. American Geophysical Union

科學家發現在月球的背面，一個神秘而巨大的不明物體埋在其表面之下。它的質量等同於一個五倍於夏威夷主島大小（也就是2.5倍海南島大小）的金屬疙瘩。

發表於地球物理研究通訊（Geophysical Research Letters, GRL）的研究資料描述到，此物體位於南極-艾特肯盆地（South Pole-Aitken basin）之下至少180英裡（290公裡）的地方。南極-艾特肯盆地是太陽系中已知最大的撞擊坑之一。它橫跨2500公裡，深13公裡，是公認月球上最大、最古老和最深的撞擊盆地。它形成於40多億年前，當時月球熔化的表面剛剛冷卻硬化到此次撞擊可以在月球表面留下傷疤的程度。

此次的研究團隊結合了來自GRAIL（Gravity Recovery and Interior Laboratory, 重力回溯及內部結構實驗室，也稱聖杯號）的重力數據和來自LRO（Lunar Reconnaissance Orbiter, 月球勘測軌道飛行器）的地形數據。這些數據幫助科學家重新計算了撞擊盆地區域的殼層厚度和月幔層質量分布，發現了藏於地下的這一坨多餘質量。

這份研究的作者之一，貝勒大學的彼得·詹姆斯教授（Peter James）表示：這一坨不明物體很有可能和撞擊坑的形成有關，它可能是產生撞擊坑的天外來客僅存的金屬核。儘管藏於地下的多餘質量從表面看不出來，它對月球表面卻有著不小的影響。撞擊中心形成了一個蛋狀的「中央低地」，和周圍有著將近一公裡的斷層。

丹尼爾·莫裡亞蒂（Daniel Moriarty），NASA戈達德太空飛行中心的月球地質學家說：「這個發現對我們理解月球表面之下發生的事情非常有幫助。」

這是月球背面的地形偽色圖。暖色為高點，冷色為低點。虛線圓圈為多餘質量所在的地方。

NASA/GODDARD SPACE FLIGHT CENTER/UNIVERSITY OF ARIZONA

南極-艾特肯盆地在過去就曾經因為它的構造和大小招攬過很多的目光。今年年初，嫦娥四號在盆地內的馮·卡門（Von Kármán）環形山成功著陸，並在盆地內發現了疑似來自月幔的巖石。《嫦娥四號：猜猜我在月亮上發現了啥？》

「它是太陽系中已知完好的撞擊坑中最大的一個。」詹姆斯說道。而新發現的不明物體使我們對它更為好奇。南極-艾特肯盆地和附近的南極區域是不少未來任務的潛在目標。

科學家們已經迫不及待地想要開始研究這一坨多餘質量了，以揭開撞擊坑形成的歷史，以及更深刻地理解月球和其他天體是如何隨時間演變的。

「作為一個撞擊事件模擬師，我已經等不及地想要基於他們的數據開始工作了。」布蘭登·詹森（Brandon Johnson），一位布朗大學的行星科學家說道。

重量級的發現

GRAIL的一對小型探測器——「退潮」（Ebb）和「漲潮」（Flow）一同於2011年發射升天。它們圍繞月球運轉了將近一年，精確記錄了月球重力場的變化。基於它們收集的數據，科學家得以製作了迄今解析度最高的月球重力場地圖。

這些數據反映了月球表面和內部的大致情況。比如說，一個地區的重力讀數高代表著那個地區的質量大，這通常代表那裡具有較高的地形或較密緻的巖石。而在GRAIL描繪的地圖中，可以發現南極-艾特肯盆地和其他大型撞擊坑有很明顯的不同。

其他大型撞擊坑在重力場地圖上會產生一種叫做「質量瘤」（mascons，取名來自mass concentrations的縮寫）的結構。由NASA的JPL實驗室在1968年發現，「質量瘤」在重力場地圖上看起來像是靶心——一圈高重力場讀數外面包著一圈低重力場讀數，外面再包著一圈高重力場讀數。這是低密度的月殼和高密度的月幔在受到衝擊時被重新排列導致的結果。

而南極-艾特肯盆地在重力場地圖上並沒有顯現出此特徵。為了要搞清楚月球表面之下到底是什麼情況導致了這一現象，科學家用了新的、更貼近自然系統的計算模型。模擬結果揭示了位於上月幔的這一高密度區域。

核心殘骸？

研究團隊提供了兩種可能性：它可能是形成於月表巖漿冷卻末期的緻密氧化物的殘骸。但科學家沒有理論可以說明為什麼它會剛好形成在盆地的底下。

「假如是這樣的話，它為什麼會偏偏選那裡形成呢？」詹姆斯問道。

另一種可能是它來自於一位古老的天外來客。這塊天外飛來的石頭很可能因為太大而在其形成初期產生層狀結構，導致它像很多行星一樣，有一個緻密的金屬核心，和一個巖質外殼。

在它「降臨」的那一天，強大的衝擊波先在月球上砸出一個深碗狀的撞擊坑，而它的金屬核心則嵌在坑的中心。但沒多久後，熔巖就重新把金屬核心覆蓋住，只在表面留下一些不明顯的線索證明它來過。

「我個人更願意相信這個說法。」詹姆斯說道。

詹森同意核心殘骸是比較可能的說法，他說：「底下有個物體是很有說服力的。當我讀到這個研究結果的時候，我滿腦子都在想我們如何基於這個結果更進一步，去理解這個反常質量的來源。」

加深好奇心

這一份新的研究除了揭示這一坨不明物體的存在以外，還幫助科學家重新描繪了盆地內緣的邊界。科學家發現他們之前低估了撞擊坑的尺寸。由於南極-艾特肯盆地和附近的南極區域是不少未來任務的潛在目標，增加對此區域的了解將會幫助未來任務更好地決定具體的任務細節。之前對撞擊坑邊界的估計使用的數據是來自於1994年發射的克萊門汀號（the Clementine mission），當時收集的數據並沒有覆蓋到撞擊坑南部的一小部分。而此次研究則基於LRO和GRAIL的完整數據，結果發現這個撞擊坑比之前估計的大了約65公裡。

科學界一直都對南極-艾特肯盆地有著濃厚的興趣，而這份研究更是加深了大家對它的好奇心。

「它如此的神秘」，西部大學行星科學與探索中心的莎拉·馬茲魯（Sara Mazrouei）說道。科學家希望可以在研究這一結構的同時更好地理解其他天體的形成。

「我們太陽系中所有的行星都是由小天體碰撞形成的。」 馬茲魯說道。

在地球上，持續而強烈的板塊運動慢慢抹平了地球早期由撞擊導致的傷疤。但月球表面則忠實地記載了自太陽系誕生以來幾十億年的歷史，這其中就包含了此次撞擊坑事件。

馬茲魯說：「我們對它（指南極-艾特肯盆地）的形成過程還有很多不了解的地方。但它無疑是當前的研究課題中最重要的領域之一。」

責任編輯：郭皓存

牧夫新媒體編輯部

『天文溼刻』 牧夫出品

人類的徵途，星球地平線之金星、地球、月球、火星、泰坦。

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