月球背面为什么没有“玉兔”?

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月球背面,只有坑坑洼洼的高地,几乎看不到颜色较深的月海。图片来源:NASA

月亮上明暗相间的图案,自古以来便引起了人们无限的遐想,于是月球有了“蟾宫”的别名,上面还住着一只“玉兔”。事实上,月面上形成蟾蜍和玉兔形象的那些部分,颜色较深,如今被称为月海。它们是陨星撞上月球之后形成的巨大的玄武岩平原。

由于月球早已被地球的引力潮汐力锁定,因此在地球上,我们永远只能看到月球朝向我们的那半边,背向我们的另外半边被称为月之暗面。直到1959年,苏联的月球3号探测器才发回了月之暗面的首张照片。结果令当时的人们大吃了一惊——在月亮正面占据很大一部分面积的月海,在月亮背面几乎不存在。

55年之后,美国宾夕法尼亚州立大学的天体物理学家提出了一个解释。他们指出,这与月球本身的形成方式有关。

关于月球的形成,现有的一个主流理论是这样的:就在地球形成后不久,一颗火星大小的天体与地球相撞,撞飞出去的大片残骸最终聚集在一起,形成了今天我们看到的月球。宾夕法尼亚州立大学的科学家提出,如此猛烈的碰撞和物质的聚集,必然会加热我们的地球和月亮,但月亮的冷却会更快一些,因为它的个头更小。

由于地球当时仍然很热,温度高达至少2500℃,再加上月球当时离地球要近得多,仅有今天距离的1/10甚至1/20,因此地球散发的热量会产生明显的效果:月球背面已经冷却,正面却仍然炽热。

这些科学家指出,这样的差异在月球地壳的形成中起到了关键作用。月球的地壳富含铝和钙,这些都是极难蒸发的元素。随着岩石蒸气的逐渐冷却,钙和铝成了首批凝结析出的元素。这个过程必定发生在月球背面的大气中,因为月球正面还太过炽热。

数千年乃至数百万年之后,这些元素与月球地幔中的硅结合,形成了斜长石。后者最终上浮到月球表面,形成了月球的地壳。由于拥有更多此类矿物质,月球背面的地壳要比正面更厚。

如此一来,月球背面缺少月海的问题就可以解释了。月海本身是巨大的陨星砸在月球正面,击穿了月球的地壳,导致下方的玄武岩岩浆涌上表面,而后再冷却凝结而形成的。至于月球背面,由于地壳实在太厚,绝大多数陨星都很难砸穿,于是只留下了一片坑坑洼洼的高地,几乎没有月海出现。

6月9日,宾夕法尼亚州立大学的这些科学家把自己的解释发表在了《天体物理期刊通讯》上。(编辑:老猫

参考文献

  1. Arpita Roy et al. 2014 ApJ 788 L42. doi:10.1088/2041-8205/788/2/L42

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