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中秋節(jié)快要到了，讓我們一起抬頭看看月亮吧。這回要說(shuō)的是：月亮在縮小。在最近《科學(xué)》雜志發(fā)表的一篇論文中，來(lái)自美國(guó)航天局（NASA）、史密森航空航天博物館等處的科學(xué)家宣稱，月球在近10億年間，“縮水”了近100米，科學(xué)家怎么知道這件事兒的？原來(lái)，一些月球的高清照片泄露了天機(jī)。
(責(zé)任編輯：白雪松)
觀察 “月球皮”皺了起來(lái) 上世紀(jì)70年代的“阿波羅計(jì)劃”，讓科學(xué)家們得到了一批月球表面的清晰照片。這些照片顯示，在月球表面上有很多叫做“葉狀懸崖”（lobate scarps）的地貌，這些懸崖一般都有幾十千米長(zhǎng)，不到100米高。這些葉狀懸崖是如何形成的呢？當(dāng)時(shí)，就有科學(xué)家假設(shè)，這些地貌是月球“縮水”的結(jié)果。 主持“月球縮小”研究的史密森航空航天博物館的行星科學(xué)家瓦特斯（Thomas Watters）表示，葉狀懸崖會(huì)在行星或衛(wèi)星冷卻和縮小時(shí)形成。體積減小造成相應(yīng)的表面積減少。這樣就使得它的外殼顯得“太大了”，結(jié)果是外殼相互擠壓、破裂，有些部分被擠到高處，形成看上去很像皺褶的懸崖。這個(gè)過(guò)程有點(diǎn)像過(guò)了“全盛期”的蘋果。當(dāng)蘋果失水之后，體積減少，于是蘋果皮出現(xiàn)皺褶。 雖然研究者們此前已經(jīng)假設(shè)月球在縮小，但是阿波羅號(hào)拍下的照片卻只顯示了月球赤道地區(qū)的地貌。科學(xué)家們無(wú)法確定這些懸崖是否遍布整個(gè)月球表面。如今，美國(guó)宇航局（NASA）發(fā)來(lái)的“月球偵察兵”（LRO）月球衛(wèi)星拍到了14張新的懸崖照片，它們廣泛分布于月球表面。這是第一次關(guān)于月球全面分布有這種懸崖的確實(shí)證據(jù)。美國(guó)卡內(nèi)基大學(xué)的行星科學(xué)家所羅門（Sean Solomon）說(shuō)：“這是迄今為止對(duì)于月球在過(guò)去的幾十億年時(shí)間里一直在冷卻和收縮的最好的觀察證據(jù)。” 測(cè)年 環(huán)形山確定形成年代 瓦特斯和他的小組觀察了新發(fā)現(xiàn)的懸崖表面和內(nèi)里的特征，以確定它的年齡。 如何知道它的年齡呢？原來(lái)，月球上有很多環(huán)形山，這些環(huán)形山都是由來(lái)自月外的隕石撞擊形成的。科學(xué)家們可以大致估算這些環(huán)形山形成的年代，起碼能了解它們產(chǎn)生的先后順序。 在月球“年輕”的時(shí)代，太陽(yáng)系還不安定，有很多大個(gè)的地球、月球在我們周圍飛來(lái)飛去，很容易撞上。北京天文館館長(zhǎng)朱進(jìn)表示，月球上超大的環(huán)形山，甚至更大的“月海”形成于41億年到38億年前的所謂“大轟炸”時(shí)期。此后情況緩和一些，撞月的多數(shù)是一些小得多的天體。所以較大的環(huán)形山大多形成得較早，而較小的環(huán)形山大多形成得較晚。 科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)的葉狀懸崖都沒(méi)有受到較大的，比較古老的環(huán)形山的影響，而有不少較小的，比較年輕的環(huán)形山切割了這些懸崖，科學(xué)家們估計(jì)這些小環(huán)形山大約是在10億年前形成的。 好了，我們知道這些懸崖的高度約100米，知道它們的年齡大約是10億年，所以我們就可以大略地得出結(jié)論，月球在10億年間的直徑縮小了大約100米。 影響 一般人感覺(jué)不到它 難道我們和李白都仰望過(guò)的月亮，它……在縮小嗎？瓦特斯說(shuō)，賞月者不必害怕！因?yàn)?0億年間縮小100米，并不算太夸張。舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)明，水星上有的懸崖深達(dá)1000米，長(zhǎng)度可達(dá)1000千米，這說(shuō)明水星“近期”就縮小了1000米。 瓦特斯說(shuō)，這么小的縮小量說(shuō)明月球開始的時(shí)候比較冷，只是有一小部分是熔化的。而終月球一生，它的縮小量可能也就是不到1000米的樣子。 也有人不同意這種看法，行星和衛(wèi)星科學(xué)家賓德（Alan Binder）就認(rèn)為，月球在剛誕生的時(shí)候完全是熔化狀態(tài)，它在一生中大約會(huì)縮小5000米。雖然有新的研究成果，但賓德還是堅(jiān)持自己的觀點(diǎn)：“我很高興看到這項(xiàng)成果，雖然不認(rèn)為它能說(shuō)明什么大問(wèn)題。越多新發(fā)現(xiàn)的懸崖越好，但它們不能改變整個(gè)的圖景，它們只是增加了一點(diǎn)數(shù)據(jù)。” 意義 月球并未“地質(zhì)死亡” 雖然月球縮小得并不多，但它“正在縮小”的結(jié)論卻對(duì)月球研究有著重要的意義。 月球正在縮小的事實(shí)，推翻了此前人們認(rèn)為月球是一塊“冷石頭”的傳統(tǒng)觀念，說(shuō)明它可能仍然具有一個(gè)熾熱的核，并存在著地質(zhì)活動(dòng)。 瓦特斯說(shuō)：“一般的說(shuō)法是月球已經(jīng)‘地質(zhì)死亡’。所有在地質(zhì)學(xué)上顯著的事件都發(fā)生在幾十億年之前。大量的新形成的懸崖說(shuō)明不是那么回事。” 科學(xué)家們相信月球形成于大約45億年前，一個(gè)像火星大小的物體撞擊地球，從地球上飛出一大堆碎片，這些碎片聚合在一起形成月球的雛形，這些碎片因?yàn)橐Φ脑蚓o縮在一起，形成了一些核聚變反應(yīng)，產(chǎn)生了熱量，將碎片部分或全部熔化。熔化的物質(zhì)在離心力和液體表面張力的共同作用下形成球體。以前人們認(rèn)為，這個(gè)過(guò)程發(fā)生在幾十億年前，而近10億年來(lái)，月球一直都很“消停”。 對(duì)于一個(gè)被認(rèn)為已經(jīng)“地質(zhì)死亡”的天體來(lái)說(shuō)，月亮的縮小讓科學(xué)家感到意外。NASA華盛頓分部的首席科學(xué)家瓦戈（Michael Wargo）說(shuō)：“它已經(jīng)不是你祖父看到的月亮了。我們現(xiàn)在可以用完全不同的眼光來(lái)看月球。我們以前以為它已經(jīng)死亡，一成不變，現(xiàn)在看來(lái)它還充滿了活力。” 下一步，科學(xué)家們要用月球偵察兵月球衛(wèi)星拍攝整個(gè)月球表面的照片，了解在月球表面一共有多少懸崖，以及它們的特征，這樣科學(xué)家們可以更好地了解這些懸崖是如何形成的，以及月球到底縮小了多少。而且還可以用現(xiàn)在拍攝到的圖像和三四十年前拍攝到的圖像進(jìn)行比較，可以看出這些懸崖是否有了改變。 【鏈接】 月亮還在越來(lái)越遠(yuǎn) 月亮不但越來(lái)越小，而且還在遠(yuǎn)離我們！這在科學(xué)界已經(jīng)是定論。為什么月球在遠(yuǎn)離地球？原因是地球的自轉(zhuǎn)速度在變慢。 地球不完全是固體狀態(tài)，它“拖家?guī)Э?rdquo;：地幔存在液態(tài)和半液態(tài)的物體，地殼上方還有水和空氣。它們“自由散慢”，帶動(dòng)它們旋轉(zhuǎn)肯定會(huì)產(chǎn)生摩擦，摩擦?xí)牡厍虻男D(zhuǎn)動(dòng)能，使地球旋轉(zhuǎn)變慢。而潮汐是地球自轉(zhuǎn)變慢的最主要原因，它和月亮有很大關(guān)系。潮汐現(xiàn)象是指海水在天體（主要是月球和太陽(yáng)）引潮力作用下所產(chǎn)生的周期性運(yùn)動(dòng)。雖然太陽(yáng)的質(zhì)量比月球大得多，但太陽(yáng)離地球的距離也比月球與地球之間的距離大得多，所以其引潮力還不到月球引潮力的一半。其他天體或因遠(yuǎn)離地球，或因質(zhì)量太小所產(chǎn)生的引潮力微不足道。根據(jù)平衡潮理論，如果地球完全由等深海水覆蓋，用萬(wàn)有引力計(jì)算，月球所產(chǎn)生的最大引潮力可使海水面升高0.563m，太陽(yáng)則只有0.246m。 月球吸引著海水摩擦地球，讓地球的轉(zhuǎn)速變慢，這就好比用抹布擦一個(gè)旋轉(zhuǎn)的地球儀，地球儀的轉(zhuǎn)速變慢一個(gè)道理。根據(jù)大約5億年前生活的“二枚貝”化石上的條紋，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，那時(shí)候，地球一天只有21小時(shí)，1年有410天。 因?yàn)榈厍蜣D(zhuǎn)速變慢，所以月亮在遠(yuǎn)離地球。根據(jù)“角動(dòng)量守恒定律”，在沒(méi)有外力的作用下，一個(gè)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的動(dòng)量總是不變的。地球旋轉(zhuǎn)速度降低了，如果月球和地球距離不變，整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)量就無(wú)法守恒，所以月球“需要”遠(yuǎn)離地球。這就好比是花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員在冰上旋轉(zhuǎn)。她收緊雙臂，就會(huì)加速旋轉(zhuǎn)；展開雙臂則會(huì)減速旋轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)厍蜣D(zhuǎn)速變慢時(shí)，月球就會(huì)遠(yuǎn)離。這相當(dāng)于運(yùn)動(dòng)員“展開雙臂”。 如今，月球正在以每年約3.8厘米的速度遠(yuǎn)離地球。在40多年的時(shí)間里，科學(xué)家們一直用精確的激光測(cè)距儀測(cè)定月球和地球的距離，在這段時(shí)間里，兩者的平均距離已經(jīng)超過(guò)1.5米。 |
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