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為什麼月球正面和月球背面,差異這麼大?探索月背有什麼意義?

Ashin 2023/01/13

作為距離我們最近的一顆天體,月球總是被當做探索的第一站。

自蘇聯的月球二號在1959年9月第一次成功撞向月球之后,人們就開啟了探測月球大門。截至2020年, 全球各個國家共計執行過100余次探月任務,我國也在這一過程中完成了「探月三步走」計劃。

人類往月球上發射了很多探測器

雖然對大多數人來說嫦娥五號最令人印象深刻,畢竟它帶回了月壤。但實際上,它的兄弟嫦娥四號也十分不凡,因為 它是人類歷史上第一個在月球背面著陸的探測器,可以幫助我們更近距離地觀察月球背面的情況。不過其實早在嫦娥四號登陸月球背面之前,人們就發現月球有「兩副面孔」。

那麼,月球的兩面到底有何差異呢?為什麼正面和背面的差異這麼大呢?

月球正面和背面究竟有什麼差異?

月球正面與背面的差異

月球是地球唯一的天然衛星,一直以來都陪伴在地球左右。 它的平均半徑為1737.1千米,是地球半徑的0.273倍;表面積為3.793×107平方公里,是地球表面積的0.074倍,質量是地球的1/81。

總的來說,從數據上地球與月球之間差異還是非常大的,因此更多時候人們都將月球當成是地球的「小弟」。當然,雖然它和地球比起來不算什麼,但是在太陽系衛星的行列中,月球表現得還是很不錯的,不僅是太陽系第五大衛星,還是密度第二高的衛星。

月球在太陽系衛星中是第五大衛星

過去,人們一直認為月球是一顆「渾圓」的天體,它各個部分的差異應該沒有那麼明顯。可是 隨著蘇聯月球3號拍攝的月背影像傳輸回了地球,就讓大家意識到了月球背面與正面的地貌特征有明顯的「二分性」。

因為月球正面雖然也會坑坑洼洼,但是卻分布著大量的月海,可是 背面就不一樣了,大部分地區都是「高地」,撞擊坑顯得尤為密集。以上是從直觀層面,人們對月球兩面差異的總結。

月球正面和背面在地貌上就有著一定的差異

隨著探測到的月球背面的數據越來越多,更多的差異開始凸顯了出來,比如在 月殼厚度、重力場、化學元素分布、巖石礦物特征等方面,都有著顯著區別。

以月殼厚度為例,它是人們研究月球起源和其早期歷史的直接證據,對于分析月球演化史有著重要的意義。在進行研究之前,大家都以為差異只體現在月球表面,并未影響到月殼的厚度,但是實際的探索中卻恰恰相反。

資料顯示,科學家Zu-ber等通過分析Clementine重力和地形數據,發現月球背面的月殼厚度明顯高于月球正面,并且月球的質量中心相對形態中心向月球正面偏移了2公里。

月球正反面的月殼厚度差異很明顯

而通過對月球表面巖石礦物的特征進行分析,就能更直觀的感受到月球化學演化的歷史以及正面和背面的差異。

一般來說,月球上的巖石可以根據其成因和礦物成分,劃分為 月海玄武巖和高地巖石兩大類, 月海的玄武巖往往是由月表以下100千米熔融巖漿形成的,所以其中含有大量的MgO和FeO。

月球巖石可以分為很多種

此前,科學家Jolliff利用全月球多光譜數據和伽馬譜數據,將月球表面劃分成了三種「地體」,分別是 風暴洋地體、斜長巖高地地體和南極艾肯盆地地體。從地體的劃分就能看出,月球正面和背面的巖石特征明顯不同。

除此之外,研究者們也十分關注月球兩面在構造特征上的差異,以環形構造來說,其形成原因主要有兩個,分別是 火山作用和撞擊作用

研究者認為月球的構造特征跟火山作用和撞擊作用有關系

通過對比數據來看, 撞擊盆地、月海穹隆、火山口一般分布在 月球的正面,而撞擊坑則集中于月球背面。這一情況說明正面受內動力地質作用的影響較大,而背面地質構造活動較弱,基本是被撞擊影響才變成如今這樣的。

那麼,為什麼月球正面和背面會有著這樣顯著的差異性呢?

為何存在這種差異?

其實對于這一點,人們提出的觀點有很多。比如一種觀點認為,這種差異是月球在于地球距離很近的時候就已經出現了的,簡單來說就是「 原始的不均一性」。而造成這一情況的原因,就是地球引力對月球正面和背面產生的不同程度的影響。

一派認為地球對月球的引力是造成月球正反面差異的原因

很顯然,在這一觀點當中,地球是「塑造」月球的重要因素,地球對正面的引力作用更大,使得其正面的內部地質構造活動十分活躍,大量的巖漿噴發了出來形成了我們所熟知的「月海」。而相對的,月球背面受影響的程度較弱,所以保持了比較原始的狀態,月殼厚度自然也更厚了。

還有一種觀點則認為 ,月球會有「兩幅面孔」是因為在演化歷史上,它曾經遭受過巨大的撞擊。如果月球起源于45億年之前,那麼它在演化初期時期正面可能遭受過恐怖的撞擊災難,這次災難將大量濺射物質拋向了月球的背面,最終讓月球背面的厚度加厚。

撞擊之后產生的大量物質被拋向了月球背面

而被撞出大坑的正面,後來在地質活動的幫助下,漸漸填平了「創傷」,演變成了月海。

在2022年4月8日,還有研究者為這一觀點提出了新的解釋,并且將其成果發表在了期刊《Science Advances》上。發表該文的研究人員建立了相關的模型,分析出 月球南極部分曾遭遇巨大撞擊,而此次撞擊產生了大量的熱流。

模型數據顯示,這些熱流會在月球的內部傳遞,并將稀土和一些產熱元素帶到月球的正面。聚集到正面的產熱元素將月幔熔化,從而形成了我們在該側地表看見的熔巖流與克里普(KREEP)巖。

最新解釋里月球遭遇撞擊后,產生的熱流將物質帶到了正面

總的來說,造成月球正面與背面差異的原因至今仍未揭曉,可能只有在人們登陸月背進行實地探索之后,才能找到真正的答案了。

那麼,探索月球背面除了能夠揭開月球起源和演化之謎以外,還有其他的意義嗎?

探索月球背面的意義

眾所周知,因為地月之間的存在 潮汐鎖定,所以一直以來月球都是以正面朝著地球的。

潮汐鎖定讓月球一直以正面面對地球

在這種情況下,出現了許多與月球背面相關的傳說,比如說月球背面有外星人,甚至說那里是外星基地。

比如在1988年4月,美國《世界新聞周刊》刊登出了一張照片,指出二戰期間美國一架轟炸機穿越百慕大三角的時候,被外星人劫持并帶到了月球上。而這架轟炸機就停在月球背面的一個大坑當中,繞月探測器拍攝到了它。

說月球背面有轟炸機的報道

雖然後來該照片被打假,但是在沒有探測器著陸月背之前,大家依舊相信月球背面存在外星人。不過,嫦娥四號的登陸算是真正打破了這一「謠言」,讓人們對月球有了更科學的認知。

除了有「 辟謠」的作用以外,人們還發現 月球背面是進行探測的好地方。因為發自地球的無線電信號在月球背面會被屏蔽,所以若是能在這里部署射電望遠鏡,就能接收到更多潛在的「宇宙信號」。

若在月背部署射電望遠鏡,能幫地球接收更多宇宙信號

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