在人類探測器拍攝到月球背面以前,我們所知道的月球永遠停留在那一張固定的一面,也就是月球正面。這是因為月球被潮汐鎖在地球上,所以在太空飛行之前,我們只知道月球的一面。但是探測器讓我們瞭解到了月球神秘的另一面,但是月球背面的景象令人驚訝,用一個詞語概括就是:天壤之別!
那麼為什麼月球的遠近兩面會有如此巨大的差別呢?
其實早前科學家有研究過這個問題,一個猜測是一顆略小於矮行星的天體曾經撞擊月球,正是這場猛烈的撞擊讓月球擁有兩副截然不同的面孔。雖然這個猜測收到了大多數人的贊成,但是事實真的這麼簡單嗎?也有網友猜測是因為月球由於潮汐作用,所以另一側則成為了眾多隕石襲擊的區域,那麼月球背面是因為幫地球擋了“子彈”才變的那麼醜嗎?真相非也!月球雖然是太陽系中除地球外研究得最多的天體,但對科學家來說,它仍然存在一些謎團。科學家認為月球的一面和另一面有如此大不同的原因沒有這麼簡單。
20世紀中,美國宇航局派出了一系列的月球軌道飛行器,在阿波羅任務之前檢查月球。1966年和1967年,月球軌道器1號到5號被送入月球。軌道器的主要任務是選擇著陸點,但月球軌道器4號拍攝了月球95%的遠側。1967年美國宇航局的月球軌道飛行器4拍攝的許多月球遠側影象之一。那時候人類已經大概繪製了整個月球表面的地圖,還收集了自然衛星上的各種科學資料。最終還派出宇航員到那裡,帶回了數百公斤的月球表土到地球上進行研究。從影象上,這個令人費解的問題仍然存在:為什麼一邊彈坑那麼大,一邊卻沒有?為什麼近邊會更平滑,而且分佈著廣闊的玄武岩和火山平原?為什麼這種古老的火山活動大多侷限於一面,即面向地球的一面?
這是月球的近邊(左)和遠邊(右),近邊有97%的黑色火山平原,而遠邊有更多的火山口?
說到這裡,我們不得不提到月球的形成。月球形成的主要理論是巨大撞擊假說,這一理論表明,一個與火星差不多大的行星體Theia撞擊了地球。碰撞將大量熔融物質送入繞地球的軌道,最終合併成月球。當泰亞撞擊發生時,無數的碎片中聚整合一大塊成了月球,但是月球並沒有像地球一樣大到足以造成火山活動的程度。月球要小得多,而且冷卻得更快。然而,由於某種原因,火山活動在近側比遠側持續的時間要長得多。不過近日,科學家在一項新研究中發現了一些可能的線索。
月球表面化學異常
這項研究的中心是檢測月球上一個奇怪的陸地化學異常。月球近側有一個稱為ProcellarumKREEP地體的區域。該區域包含大量特定元素。KREEP的含義分別代表如下:K(鉀的原子符號)、REE(稀土元素)和P(磷的原子符號)。不僅如此,KREEP地體還含有釷和鈾元素,它們會產生放射性衰變併產生熱量。區中釷與其他放射性元素(產生熱量)高度相關,大部分釷都存在於面向地球的一側(近側)。這一區域與月球歷史的許多觀測特徵之間的關係是月球科學中的一個關鍵問題。科學家們急切地想知道KREEP的存在是否能為更持久的火山活動創造條件。KREEP可以降低地幔的熔點,而放射性元素的存在可能會在月球其他部分冷卻很久之後,產生足夠的熱量,為該地區的火山活動提供燃料,從而加劇這種影響。
研究小組創造了一種具有相同性質的模擬岩石,稱為Mg巖套。他們創造了六個版本的這種模擬物,一個是零KREEP含量,另一個分別是5%,10%,15%,25%和50%KREEP和相關的放射性元素。然後他們將樣品置於高溫下。研究表明,月球近邊和遠邊之間的成分不對稱在月球生命早期就有影響。月球上半球成分的不對稱性在月球分化後就對岩漿的產生顯著影響。
研究中的這個數字顯示了KREEP對類似物的影響。高溫實驗結果表明,在模擬鎂套烴源巖中加入KREEP能顯著降低其熔融溫度。簡單地說,KREEP越多,熔化溫度越低。這是一個是相當大的反常現象,這意味著月球近側大量的產熱元素不僅有可能成為熔化的熱源,而且降低了殼幔介面的熔化溫度,其產生的造殼岩漿可能是遠側的4-13倍。
最終發現表明,在月球分化後的整個歷史中,近地化學異常影響了月球的熱演化和岩漿演化。這有可能是導致月球遠近面不同的原因之一。當然,瞭解這些區域性鈾和釷富集物的起源,不僅有助於解釋月球形成的早期階段,還有可能瞭解到由此導致的早期地球狀況。