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当月球数十亿年前“将它的内脏翻出来”时发生了什么？

(2024-04-17 10:56:53)

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杂谈

当月球数十亿年前“将它的内脏翻出来”时发生了什么？

By Robert Lea

published 16 hours ago

The Moon

“首次我们有向我们展示在月球的这一关键进化阶段期间在月球内部正在发生什么的物理证据，这真的令人兴奋” 。

（左）一个月球的详细图像（右）一个显示两个含钛铁矿从月球地幔翻转向下堆积的月球近侧的引力梯度映射和横截面示意图。 (Image credit: NASA/Adrien Broquet/University of Arizona & Audrey Lasbordes)

42亿年前，月球把它自己的内脏翻出创造了已经变得对人类熟悉的月球表面。

大多数科学家都同意月球被在大约45亿年前创造，当时太阳系中的另一个大质量天体撞进了地球，将熔融物质甩进太空凝聚成我们的天然卫星。

然而，来自亚利桑那大学月球和行星实验室（LPL）的一组科学家已经将月球如何在这个暴力的开始后进行的诞生描述为“更多是一部选择你自己的冒险小说”。

他们说地球的天然卫星有很多可能的可能已经采取来完整形成的路径，最终导致我们今天看到的月地系统。当然，该团队关于可能已经形成月球的主要事件有它的想法。研究人员说，例如阿波罗使命期间收集的岩石样本可能表明有一段当月球“把内部翻出” 的时间。

这一结果如果属实也可能解决一个关于月球成分的一个萦回的秘密。

研究合著者、亚利桑那大学月球和行星实验室副教授汉娜（Jeff Andrews Hanna）在一份声明中说，“我们的月球字面上把它的内部翻了出来，但在月球历史的这一关键相几乎一致没有实物证据来揭示事件的确切顺序，而且字面上在什么进行了下去中有许多不一致” 。

月球近地一面上有钛吗？

从月球带回的玄武岩熔岩已经显示出惊人的高浓度钛。除此之外，卫星观测已经揭示富含钛的火山岩主要位于月球近地侧。这留下科学家们关于这些特殊的岩石如何到达那里的并且不是更广泛分布的挠他们的头。

亚利桑那大学的研究小组提出月球迅速的形成，起初留下它完全被炽热的岩浆海洋覆盖。随这个海洋的冷却和硬化，它会已经形成月球的外层，包括它的地幔和地壳。然而，在更低的层次上，婴儿月亮会仍然处于翻腾中。

月球形成的模型提示这片巨大的月球海洋的最后遗迹结晶成致密的包括富含铁和钛的钛铁矿物质。

研究负责人、前亚利桑那大学月球和行星实验室博士候选梁伟刚说，“因为这些重矿物比下面的地幔密度更大，它们创造引力不稳定性，你会期待这一层会更深沉入月球内部”。

（左）一个“传统”的月球观望（中心）野马区域被一个线性引力异常的多边形图案包围（右）蓝色斑块表明沉入月球内部的致密物质的残留。(Image credit: Adrien Broquet/University of Arizona)

问题仍然：在月球凝固后这种物质会作为单个“圆斑块” 一下子下沉还是以更小的圆斑块一次沉一点？而且，如果它在一个全球尺度上沉入月球内部其中一些如何上升并将钛带到月球近地侧的？

研究人员联合首席作者、德国航空航天中心科学家布鲁凯特（Adrien Broquet）在声明中说，“不用证据你能选择你最喜欢的模型，每一个模型把持我们月球的地质演化的深刻影响” 。

合著者、北京大学科学家张楠此前开发的模型提出了在月球上一个巨大的撞击可能已经造成地壳之下一层致密的富钛物质向月球近地侧移动。一旦到了那里，这种物质会已经下沉，形成片一样的板块并级联到月球的内部，在地壳下以致密富钛矿床的交叉体形式留下一个残留物。

汉娜说，“当我们看到这些模型预测时就像一个灯泡亮了一样。当我们观察月球引力场中的细微变化时我们看到了完全相同的模式，揭示一个潜伏在地壳下方的致密物质网络” 。

月球形成模型的引力回收和内部实验室（GRAIL）双航天器使命

为巩固它的富含钛的钛铁矿材料的熔融理论和月球的观测，该团队转向由美国宇航局引力回收和内部实验室（GRAIL）双航天器使命探测到的月球引力异常的相关数据。

布鲁凯特说，“分析这些月球引力场中的变化允许我们来在月球表面下窥视并看下面躺着什么。”。

这证实引力回收和内部实验室（GRAIL）双航天器使命数据符合钛铁矿层仿真。

这样的证实还表明引力场观测可被用来追踪在大部分致密层已经沉入月球的内部后留下的钛铁矿残余物的分布。

梁说，“我们的分析表明这些模型和数据告诉一个惊人一致的故事。正如被引力回收和内部实验室（GRAIL）双航天器使命看到的一样，钛铁矿物质迁移到近地侧并以片状级联的形式沉入内部，留下一个造成月球引力场异常的残留物” 。

艺术家的美国宇航局引力回收和内部实验室（GRAIL）双航天器使命使命的概念。引力回收和内部实验室（GRAIL）双航天器使命的双宇宙飞船在绕月的串联轨道上飞行，以前所未有的细节测量它的引力场。(Image credit: NASA/JPL)

该团队还能够确定月球什么时候把内脏翻出来。他们说被大型和古老的月球撞击盆地中断的引力异常表明富含钛铁矿的层在这些撞击之前就下沉了。这种“交叉”意味着下沉事件会已经发生在42.2亿年前，这表明下沉可能已经触发火山活动，后来跨月球表面被看到。

这项研究也为我们今天看到的有趣的月球图片增添细微之处。数十亿年前月球地幔的翻转将已经造成月球靠近地球的一侧一个被称为原海洋黑暗区域的创造。

月球的这一区域是低海拔的，有一个大部分被熔岩流覆盖的更薄地壳，与月球背面区域的更厚地壳不同。它还有一个更高浓度的稀有元素如钛和钍。汉娜说，“月球在各个方面都是根本不平衡的，我们第一次有向我们展示在月球进化的这一关键阶段在月球的内部发生了什么的物理证据，这真的令人兴奋”。

“原来是月球的最早历史被写在月球表面下，只用模型和数据的正确结合来揭示这个故事” 。

布鲁凯特补充道，“月球早期演化的残迹今天出现在地壳下方，这是令人着迷的”。

“未来的使命例如地震网络将允许更好地调查这些结构的几何形状” 。