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美国航天局科学家称月亮正在缩小

发布时间:2010年08月29日 03:06 | 进入复兴论坛 | 来源:新京报

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“月球侦察兵”(LRO)拍摄的照片为科学家提供了新的证据。

  中秋节快要到了,让我们一起抬头看看月亮吧。这回要说的是:月亮在缩小。在最近《科学》杂志发表的一篇论文中,来自美国航天局(NASA)、史密森航空航天博物馆等处的科学家宣称,月球在近10亿年间,“缩水”了近100米,科学家怎么知道这件事儿的?原来,一些月球的高清照片泄露了天机。

  观察 “月球皮”皱了起来

  上世纪70年代的“阿波罗计划”,让科学家们得到了一批月球表面的清晰照片。这些照片显示,在月球表面上有很多叫做“叶状悬崖”(lobate scarps)的地貌,这些悬崖一般都有几十千米长,不到100米高。这些叶状悬崖是如何形成的呢?当时,就有科学家假设,这些地貌是月球“缩水”的结果。

  主持“月球缩小”研究的史密森航空航天博物馆的行星科学家瓦特斯(Thomas Watters)表示,叶状悬崖会在行星或卫星冷却和缩小时形成。体积减小造成相应的表面积减少。这样就使得它的外壳显得“太大了”,结果是外壳相互挤压、破裂,有些部分被挤到高处,形成看上去很像皱褶的悬崖。这个过程有点像过了“全盛期”的苹果。当苹果失水之后,体积减少,于是苹果皮出现皱褶。

  虽然研究者们此前已经假设月球在缩小,但是阿波罗号拍下的照片却只显示了月球赤道地区的地貌。科学家们无法确定这些悬崖是否遍布整个月球表面。如今,美国宇航局(NASA)发来的“月球侦察兵”(LRO)月球卫星拍到了14张新的悬崖照片,它们广泛分布于月球表面。这是第一次关于月球全面分布有这种悬崖的确实证据。美国卡内基大学的行星科学家所罗门(Sean Solomon)说:“这是迄今为止对于月球在过去的几十亿年时间里一直在冷却和收缩的最好的观察证据。”

  测年 环形山确定形成年代

  瓦特斯和他的小组观察了新发现的悬崖表面和内里的特征,以确定它的年龄。

  如何知道它的年龄呢?原来,月球上有很多环形山,这些环形山都是由来自月外的陨石撞击形成的。科学家们可以大致估算这些环形山形成的年代,起码能了解它们产生的先后顺序。

  在月球“年轻”的时代,太阳系还不安定,有很多大个的地球、月球在我们周围飞来飞去,很容易撞上。北京天文馆馆长朱进表示,月球上超大的环形山,甚至更大的“月海”形成于41亿年到38亿年前的所谓“大轰炸”时期。此后情况缓和一些,撞月的多数是一些小得多的天体。所以较大的环形山大多形成得较早,而较小的环形山大多形成得较晚。

  科学家们发现,大多数的叶状悬崖都没有受到较大的,比较古老的环形山的影响,而有不少较小的,比较年轻的环形山切割了这些悬崖,科学家们估计这些小环形山大约是在10亿年前形成的。

  好了,我们知道这些悬崖的高度约100米,知道它们的年龄大约是10亿年,所以我们就可以大略地得出结论,月球在10亿年间的直径缩小了大约100米。

  影响 一般人感觉不到它

  难道我们和李白都仰望过的月亮,它……在缩小吗?瓦特斯说,赏月者不必害怕!因为10亿年间缩小100米,并不算太夸张。举个例子来说明,水星上有的悬崖深达1000米,长度可达1000千米,这说明水星“近期”就缩小了1000米。

  瓦特斯说,这么小的缩小量说明月球开始的时候比较冷,只是有一小部分是熔化的。而终月球一生,它的缩小量可能也就是不到1000米的样子。

  也有人不同意这种看法,行星和卫星科学家宾德(Alan Binder)就认为,月球在刚诞生的时候完全是熔化状态,它在一生中大约会缩小5000米。虽然有新的研究成果,但宾德还是坚持自己的观点:“我很高兴看到这项成果,虽然不认为它能说明什么大问题。越多新发现的悬崖越好,但它们不能改变整个的图景,它们只是增加了一点数据。”

  意义 月球并未“地质死亡”

  虽然月球缩小得并不多,但它“正在缩小”的结论却对月球研究有着重要的意义。

  月球正在缩小的事实,推翻了此前人们认为月球是一块“冷石头”的传统观念,说明它可能仍然具有一个炽热的核,并存在着地质活动。

  瓦特斯说:“一般的说法是月球已经‘地质死亡’。所有在地质学上显著的事件都发生在几十亿年之前。大量的新形成的悬崖说明不是那么回事。”

  科学家们相信月球形成于大约45亿年前,一个像火星大小的物体撞击地球,从地球上飞出一大堆碎片,这些碎片聚合在一起形成月球的雏形,这些碎片因为引力的原因紧缩在一起,形成了一些核聚变反应,产生了热量,将碎片部分或全部熔化。熔化的物质在离心力和液体表面张力的共同作用下形成球体。以前人们认为,这个过程发生在几十亿年前,而近10亿年来,月球一直都很“消停”。

  对于一个被认为已经“地质死亡”的天体来说,月亮的缩小让科学家感到意外。NASA华盛顿分部的首席科学家瓦戈(Michael Wargo)说:“它已经不是你祖父看到的月亮了。我们现在可以用完全不同的眼光来看月球。我们以前以为它已经死亡,一成不变,现在看来它还充满了活力。”

  下一步,科学家们要用月球侦察兵月球卫星拍摄整个月球表面的照片,了解在月球表面一共有多少悬崖,以及它们的特征,这样科学家们可以更好地了解这些悬崖是如何形成的,以及月球到底缩小了多少。而且还可以用现在拍摄到的图像和三四十年前拍摄到的图像进行比较,可以看出这些悬崖是否有了改变。

  【链接】

  月亮还在越来越远

  月亮不但越来越小,而且还在远离我们!这在科学界已经是定论。为什么月球在远离地球?原因是地球的自转速度在变慢。

  地球不完全是固体状态,它“拖家带口”:地幔存在液态和半液态的物体,地壳上方还有水和空气。它们“自由散慢”,带动它们旋转肯定会产生摩擦,摩擦会消耗地球的旋转动能,使地球旋转变慢。而潮汐是地球自转变慢的最主要原因,它和月亮有很大关系。潮汐现象是指海水在天体(主要是月球和太阳)引潮力作用下所产生的周期性运动。虽然太阳的质量比月球大得多,但太阳离地球的距离也比月球与地球之间的距离大得多,所以其引潮力还不到月球引潮力的一半。其他天体或因远离地球,或因质量太小所产生的引潮力微不足道。根据平衡潮理论,如果地球完全由等深海水覆盖,用万有引力计算,月球所产生的最大引潮力可使海水面升高0.563m,太阳则只有0.246m。

  月球吸引着海水摩擦地球,让地球的转速变慢,这就好比用抹布擦一个旋转的地球仪,地球仪的转速变慢一个道理。根据大约5亿年前生活的“二枚贝”化石上的条纹,科学家发现,那时候,地球一天只有21小时,1年有410天。

  因为地球转速变慢,所以月亮在远离地球。根据“角动量守恒定律”,在没有外力的作用下,一个旋转系统的动量总是不变的。地球旋转速度降低了,如果月球和地球距离不变,整个系统的动量就无法守恒,所以月球“需要”远离地球。这就好比是花样滑冰运动员在冰上旋转。她收紧双臂,就会加速旋转;展开双臂则会减速旋转。当地球转速变慢时,月球就会远离。这相当于运动员“展开双臂”。

  如今,月球正在以每年约3.8厘米的速度远离地球。在40多年的时间里,科学家们一直用精确的激光测距仪测定月球和地球的距离,在这段时间里,两者的平均距离已经超过1.5米。

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