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明月几时有?科学家利用仿真技术揭开月球形成之谜

分类: 仿真分析/优化来源:新华网作者:新华网发布时间:2017-01-11
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  月球的起源与演化一直是人类十分关注的自然科学的基本问题之一。曾有过多种有关月球起源与演化的假说,但至今仍众说纷纭,难以形成一个统一的说法。

  对于月球如何形成,科学家最新推论称,地球于形成初期遭多次撞击而产生大量碎片,这些碎片经历长时间聚合后,才形成现今的月球。

  报道称,科学界主流理论是地球遭受大如火星的天体撞击,两者物质互相融合而诞生月球。但科学家发现,若理论属实,月球应仅有约五分之一物质来自地球,但事实是组成月球的物质与地球几乎完全一样。

  来自以色列魏茨曼科学研究院的鲁富,其领导团队利用近千次计算机仿真撞击,模仿地球于形成初期遭多个微行星撞击后的结果,显示地球每次遭撞击都会产生大量碎片,碎片不断经过聚合过程,最终形成月球。

  鲁富表示,在太阳系形成初期,星体撞击事件时有发生,因此月球由地球遭多次撞击而诞生的理论,较单一撞击更符合自然情况。

  月球三大不为人知的秘密

  人类似乎永远不会停止对宇宙的探索,对月球的探秘也是如此。自有宇航员第一次登陆月球之后,月球上的秘密也随之被发掘,也让人们对这个天体更加好奇,而月球也成为被人类研究最多的天体。月球上留给我们的谜题也越来越多。

  月球之谜一:月球的起源

  对于月球的起源,科学家提出3种理论,它们全都有缺陷,但是“阿波罗”计划却有助于证明,其中看来可能性最小的理论是最佳理论。有些科学家认为,月球是和地球一起,于46亿年以前,从一团宇宙尘埃中生成的。

  另一种理论认为月球是地球的“孩子”,也许是从太平洋地区“抠”出去的。然而“阿波罗”登月探险的结果表明,地球和月球的结构成份差别很大,有一些科学家提出了另一种假说,即“俘获说”。

  他们认为,月亮是偶然闯入地球引力场,而被锁定在目前的轨道上。可是,要从理论上解释这一过程的机制,难度相当大。

  因此,上述3种理论全都难以站得住脚。正如罗宾·布列特博士所称:“要解释月球不存在,月球存在更容易些。”

  国外媒体报道,科学家已经发现月球形成于一次地球大冲撞中,大约在44.5亿年前,一颗名为“忒伊亚”的神秘天体撞击了地球,最后地球上被剥离的物质形成了月球。

  来自马里兰大学的研究人员称,目前还有一种新的理论能够解释月球的形成,该理论认为一颗火星大小的天体撞击地球破坏性更强,导致地球和“忒伊亚”的神秘星球物质分崩离析,形成大量碎片云,进而形成了月球。这也能够解释为什么地球与月球具有相同的物质构成。

  月球之谜二:月球的年龄

  阿姆斯特朗在“寂静海”降落后拣起的第一块岩石的年龄是36亿岁。更令人不解的是,这些古老的岩石都采自科学家认为是月球上最年轻的区域。根据这些证据,有些科学家提出,月球在地球形成之前很久很久便已在星际空间形成了。

  月球之谜三:月球的月背之谜

  由于人们永远只能看见月球的正面,月球背面是什么也成为了月球未解之谜。直到1959年10月,前苏联的“月球三号”探测器拍得了月背的第一张照片,才是人类看到了月背的概貌。

  但是随着观测的深入,今天的月背之谜比过去的更多,更复杂了。这主要是月背与月球正面的显着差异,令人迷惑不解。

  月球背面与正面的最大差异是它的大陆性。在总共30来个月球“海洋”和“湖”“沼”“湾”等凹陷结构中,90%以上都在正面,约占正半球面积的一半。

  月背上完整的“海”只有两个,仅占背半球面积的不足10%,月背其余90%多的地方都是山地,山地的分布呈现出几个巨大的同心圆结构,地形严重凹凸不平,起伏悬殊,这种地势是正面所没有的。

  有人认为照成这种差异的是月球本身的公转自转有关,于月球自身的结构有关。

  更有人说月球背面是外星人的基地,973年,NASA第一次公开了登月任务的一些结果。在一份秘密声明中,NASA称,所有25名参与“阿波罗”登月任务的宇航员都曾在月球上空遭遇过不明飞行物UFO。

  科学家称早期月球的水甚至比地球还多

  据英国媒体报道,月球最初是由另一颗行星撞击地球,然后向太空抛洒出尘埃而逐渐形成的。由于是通过这种巨大撞击形成,早期月球内部温度非常高,使得液态岩浆能存在于月核中。现在新的研究通过在实验室里模拟月球形成过程发现,这种液态岩浆海洋中所含的水量远超我们之前的想象。阿姆斯特丹自由大学的研究人员集中研究了月球形成之初岩石中所含的水量。

  研究报告的作者之一维姆·范威斯特雷宁(WimvanWestrenen)博士称:“人类在一些真正的月球岩石中发现了水,多数研究者告诉我们的是月球演化过程中后期阶段的岩石含水量。”

  他表示:“我们集中研究了月球形成初期的含水量,答案是很多。这有些令人意外。只要出现火山喷发,水很容易通过脱气从月球中消失。”他认为,早期的月球可能有着比地球今天更多的水,至少一样多。只需观察月球研究人员就会得到月球如何形成的线索。范威斯特雷宁表示:“多数人认为月球形成于地球与其他星球的大碰撞产生的尘埃,因此理所当然地认为温度很高。”

  他表示:“人们观测月球看到的主要证据是:月球表面上白色区域都是由很多白色斜长石矿组成。”斜长石是在火成岩中发现的矿石,既存在于地球上也存在于月球上。“生成大量斜长石的最好方法是熔化的岩浆海洋冷却并固化。“在岩浆海洋冷却的后期阶段,就可形成白色斜长石矿,其有一个特性是比岩浆轻,所以漂浮在岩浆上面。”但研究人员模拟了岩石形成过程以了解岩浆中水的含量。

  范威斯特雷宁称:“我们在实验室里模拟了月球岩浆海洋,拿出少数自己制作的月球岩石,并用高温高压模拟岩浆海洋的环境。”研究人员使用的是上世纪50年代制造钻石的设备模拟高压状态。“我们在干燥和潮湿环境下进行模拟实验,发现只有岩浆海洋中存在水才能制造出这种数量的斜长石。如果没有水,岩浆海洋中生成的斜长石数量就远多于月球表面上观测到的数量。”

  他称:“我们能使用月球月壳上发现的斜长石数量计算早期月球的含水量。”最新的研究支持了月球和地球一开始就有水的观点。其他研究认为,月球上的水是小行星和彗星撞击月球带来的。

  月球表面为啥坑坑洼洼?或因太阳粒子为土壤充电

  据国外媒体报道,众所周知,月球表面布满了密密麻麻的陨石坑。一般认为,这些陨石坑是数十亿年来无数次陨石撞击所形成的。不过,美国新罕布什尔大学科学家最新研究表明,月球地貌的形成可能还有其它原因。研究人员认为,太阳粒子可能会在月球土壤中产生电荷并不断积聚。当月球土壤中的静电荷积聚到一定程度时会以电火花的形式爆发性地释放出来,并引起月球表层土壤融化及物质蒸发。这或许是月球坑坑洼洼表面形成的另一种解释。

  美国新罕布什尔大学研究人员表示,电荷可以在月球表面土壤风化层中积聚,而这些电荷可能来自于太阳风暴中的高能粒子。当电荷积聚到足够量时,可能会引发爆发性电火花(微型闪电)并穿透风化层土壤。科学家估计,在月球背面区域,可能电荷积聚得较多,因为那里的气温较低,10%到25%的上层土壤会以这种方式爆炸。

  科学家们的研究成果发表于著名天文学期刊《Icarus》之上。研究项目负责人、新罕布什尔大学科学家安德鲁-乔丹博士解释说,“带电土壤不断积聚,接着就可能会突然爆发,根本无法控制。”研究团队认为,在月球的土壤中有可能会找到这种微型闪电的痕迹。微型闪电所形成的残留物也有可能存在于由“阿波罗”任务宇航员带回的月球土壤样本中。

  不过,研究人员认为,这一过程可能会降低月球表面的反射率,因为地球上的闪电也会在岩石上形成墨镜效果。在月球上可能也会发生类似的反应,让月球表面更加灰暗。当然,风化层缺氧和缺少某些化学元素也有可能产生类似的效果。此外,这种电荷释放也有可能给人类未来的月球探索之旅造成障碍,因为在靠近月球南极地区以及其它永久阴影区,这样的电荷释放效果更为明显,可能会干扰人类登月或探月系统的电子设备。

  科学家解释说,“月球的永久阴影区可能比此前认为的更加活跃。虽然它们并没有直接接收阳光或太阳风,但它们仍然是陨石撞击的目标。永久阴影区内的风化层土壤温度极低,因此其电导率也极低。长此以往,大规模太阳粒子事件可能会导致风化层上层1厘米厚的土壤中电荷不断积聚。据估计,这样的大规模事件大约每年发生一次。”

  研究人员表示,接下来只有通过实验以及对月球土壤样本的检测才可证明这一理论是否正确。