出品:科普中國(guó)
作者:Denovo
監(jiān)制:中國(guó)科普博覽
每逢中秋,我們抬頭望見(jiàn)的那輪又大又圓的滿(mǎn)月,似乎亙古未變,默默守護(hù)著我們。
然而你可能不知道,月球在幾億年間其實(shí)一直在緩慢收縮。
早在2010年美國(guó)國(guó)家航空航天局對(duì)月球勘測(cè)軌道器 (LRO) 圖像的分析發(fā)現(xiàn),隨著月球內(nèi)部的逐漸冷卻,月球表面出現(xiàn)了許多推覆斷層,這些是月球收縮的證據(jù)。
盡管如此,不用擔(dān)心月亮?xí)s成像葡萄干那樣布滿(mǎn)褶皺的形態(tài)——研究顯示,在過(guò)去的幾億年間,對(duì)于整體直徑大約為3,474公里的月球,其僅僅縮小了約50米。
月球萎縮成葡萄干一樣
(圖片來(lái)源:作者AI生成)
月球的結(jié)構(gòu)
月球?yàn)槭裁磿?huì)縮???我們可以從月球的結(jié)構(gòu)開(kāi)始說(shuō)起。
月球的結(jié)構(gòu)主要可以分為三層:月殼、月幔和月核。月球的地殼厚度大約為幾十公里,主要由富含氧化物的巖石組成,表面覆蓋著一層厚度不一的月壤,由隕石撞擊形成的碎片和塵土構(gòu)成。
月球的結(jié)構(gòu)
(圖片來(lái)源:Wikipedia)
月殼下方是地幔,厚度約為1000公里,主要由硅酸鹽礦物組成,具有較低的密度和較高的黏度。
核心位于月球的最深處,分為外核和內(nèi)核,外核被認(rèn)為可能是部分熔融的液態(tài)金屬,主要由鐵和硫組成,而內(nèi)核則是固態(tài)鐵。月球的核心相對(duì)較小,占總體積的不到3%,這與地球不同,相比之下,地球的核心約占總體積的17%。
月球
(圖片來(lái)源:作者拍攝)
月球也會(huì)發(fā)生“月震”
由于月球的核心較小且熱活動(dòng)有限,月球表面并不存在類(lèi)似地球的板塊運(yùn)動(dòng)和火山活動(dòng),但月球上也會(huì)發(fā)生類(lèi)似地震的現(xiàn)象!
我們經(jīng)常會(huì)聽(tīng)到國(guó)內(nèi)外的地震的新聞,地震是由地殼中的應(yīng)力積累和突然釋放引起的自然現(xiàn)象。當(dāng)?shù)貧ぶ械膸r層在構(gòu)造板塊的運(yùn)動(dòng)下逐漸積累能量,超過(guò)了巖層的承受極限時(shí),巖層會(huì)突然斷裂或發(fā)生位移,釋放出大量的能量。這些能量以地震波的形式傳播,導(dǎo)致地表震動(dòng)。
地震通常發(fā)生在板塊邊界處,如俯沖帶、轉(zhuǎn)換斷層或擴(kuò)張中脊,那里巖層的運(yùn)動(dòng)最為劇烈。地震的強(qiáng)度和影響取決于能量釋放的規(guī)模和震源深度。
月球上也會(huì)有地震
(圖片來(lái)源:作者拍攝)
月球上也會(huì)發(fā)生地震嗎?是的,月震就是發(fā)生在月球上的地震現(xiàn)象,與地球上的地震類(lèi)似,但有不同的成因和特性。
目前記錄了數(shù)百次深層月震,并且從1969年至1977年記錄了28次淺層月震。深層月震是由地球的引力的潮汐力引起的,發(fā)生在月球的500到700公里的深處,往往成群發(fā)生。
而淺層月震,通常發(fā)生在月表以下20到30公里處,由月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的應(yīng)力釋放引起。雖然比深層月震少見(jiàn),但淺層月震規(guī)模更大,體波震級(jí)> 5.5,應(yīng)力降超過(guò) 100 MPa,意味著月震釋放的能量非常巨大。其他月震活動(dòng)源包括隕石撞擊或登月艙的登陸因素造成。還有一種熱月震,與晝夜溫度變化導(dǎo)致月球表面材料熱脹冷縮有關(guān)。
月球的冷卻和收縮是導(dǎo)致月震的主要原因之一,特別是在月球核心逐漸冷卻時(shí),月殼收縮并形成斷層。這種過(guò)程會(huì)引發(fā)淺層月震,強(qiáng)度可達(dá)5級(jí)以上的里氏震級(jí),持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。與地震不同,月震的震動(dòng)持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng),淺層月震可以持續(xù)數(shù)小時(shí)甚至整個(gè)下午,因?yàn)樵虑虮砻孑^為干燥和剛硬,類(lèi)似于振動(dòng)的音叉。
月球縮小后會(huì)有葡萄干那樣的褶皺嗎?
關(guān)于月球的逐漸縮小,科學(xué)家們通過(guò)NASA的月球勘測(cè)軌道飛行器和阿波羅任務(wù)的地震數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),月球的冷卻導(dǎo)致其表面形成了數(shù)千個(gè)推覆斷層。
推覆斷層是地質(zhì)學(xué)中的一種斷層類(lèi)型,它發(fā)生在巖層受到擠壓時(shí),使得較老的巖層沿著斷層面被推到較年輕的巖層之上。這種斷層通常形成于水平或近水平的應(yīng)力環(huán)境中,并且斷層面傾角較低(一般小于30度)。推覆斷層的特點(diǎn)是巖層在水平擠壓下發(fā)生了明顯位移,造成地殼的縮短和增厚。
月球背面高地的推覆斷層的數(shù)字模型
(圖片來(lái)源:文獻(xiàn)4)
可以將推覆斷層比作葡萄干的褶皺,有助于我們形象化理解,但它們?cè)谛纬蓹C(jī)制和表現(xiàn)上有顯著不同。葡萄干的褶皺是由于水分流失,外表皮在體積縮小時(shí)發(fā)生的收縮,導(dǎo)致表皮起皺。
而推覆斷層則是地質(zhì)或天體巖層在受到水平壓縮時(shí),發(fā)生大規(guī)模的巖層擠壓和推移,形成較大的斷層面。這些斷層通常表現(xiàn)為小型的懸崖?tīng)畹匦?,?lèi)似于樓梯。推覆斷層的形成是隨著月球內(nèi)部熱量逐漸散失,月殼在收縮過(guò)程中形成斷層,這個(gè)過(guò)程也伴隨著月殼的褶皺和破裂。
月球南極附近的推覆斷層
(圖片來(lái)源:文獻(xiàn)3)
這些斷層和月球的收縮與淺層月震有關(guān),研究表明月球的這些淺層月震可能會(huì)持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間,甚至達(dá)到幾個(gè)小時(shí)。由于月球表面較為干燥且密實(shí),月震的震動(dòng)可以通過(guò)斷層引發(fā)滑坡,尤其是在月球南極地區(qū)。該區(qū)域同時(shí)也是NASA“阿爾忒彌斯”任務(wù)的著陸候選地之一,因此地震活動(dòng)可能對(duì)未來(lái)的月球探測(cè)和基地建設(shè)構(gòu)成潛在風(fēng)險(xiǎn)。
今年在《行星科學(xué)雜志》上發(fā)表的一篇新論文中,研究小組將位于月球南極地區(qū)的一組斷層與50多年前阿波羅地震儀記錄的最強(qiáng)月震之一聯(lián)系起來(lái)。研究人員還通過(guò)建模分析了南極區(qū)域的表面穩(wěn)定性,發(fā)現(xiàn)一些區(qū)域特別容易受到滑坡和地震引發(fā)的影響。這些區(qū)域中,有些位于永久陰影區(qū),可能含有水冰資源,是未來(lái)探索的重要目標(biāo),月震引發(fā)的滑坡可能影響月球表面穩(wěn)定性,增加未來(lái)探測(cè)任務(wù)的風(fēng)險(xiǎn)。。
月球南極區(qū)域的月震分布
(圖片來(lái)源:文獻(xiàn)3)
結(jié)語(yǔ)
月球的收縮過(guò)程非常緩慢,主要通過(guò)月表的斷裂和褶皺來(lái)表現(xiàn)。這樣的變化非常微小,幾乎不會(huì)影響我們?cè)诘厍蛏峡吹降臐M(mǎn)月美景。因此,每年中秋,我們依然可以安心地欣賞那一輪圓潤(rùn)的月亮,體會(huì)它帶來(lái)的寧?kù)o與祥和。
參考文獻(xiàn):
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