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7月20日是人類月球日。月球是距離我們最近的天體，近到在月球表面留下人類的腳印。從仰望月球開始，人們便對其開展了持續(xù)研究，許多關(guān)于月球的特性都已被我們所掌握。

然而，這個(gè)“近鄰”仍留有許多謎團(tuán)，有待我們?nèi)ヌ綄?。月球是如何誕生的?它的年齡幾何?月球磁場為何消失?地月距離又為何逐漸變遠(yuǎn)?對于這些問題的研究，不僅能夠幫助我們了解月球本身，更能借此去探求宇宙更多的奧秘。

三大謎團(tuán)引人關(guān)注

月球從何而來?中國科學(xué)院國家天文臺研究員、嫦娥四號月球低頻射電探測儀中方首席專家平勁松表示，目前關(guān)于月球起源主要有4種假說，即分裂說、同源說、俘獲說和大撞擊起源說。“這4個(gè)假說在地月成分與自轉(zhuǎn)速度的差異、氧及其他同位素組成的相似性等方面，仍存在許多難以自圓其說的缺點(diǎn)。”他表示。

其中，大撞擊起源假說面對的質(zhì)疑相對較少。這是因?yàn)椋?0世紀(jì)60年代，美國阿波羅計(jì)劃和蘇聯(lián)月球計(jì)劃帶回來的月球巖石中，所含的氧同位素組成比例與地球地幔幾乎完全一樣。并且，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)月球巖石樣品幾乎不含揮發(fā)性元素和輕元素。研究人員認(rèn)為，這是因?yàn)樽矒舢a(chǎn)生的極端高溫將這些元素氣化導(dǎo)致它們逃逸。“然而，兩個(gè)完全分異的固體行星碰撞并重新匯聚的現(xiàn)象，無法解釋月球表面或樣品中為何存在顯著未分異且存在了53億年的古老巖石。”平勁松表示，沒有一個(gè)假說是完整的。

另一個(gè)吸引人的謎團(tuán)則關(guān)乎月球磁場。對月球巖石的分析證明，月球曾有強(qiáng)大的磁場。根據(jù)此前判斷，月球內(nèi)部存在鐵鎳或硫化鐵鎳核心，早期演化產(chǎn)生發(fā)電機(jī)機(jī)制進(jìn)而形成整體磁場。

有研究者認(rèn)為，月球的首次發(fā)電機(jī)效應(yīng)可能在40億年前產(chǎn)生了強(qiáng)大的磁場。過去數(shù)十年的探測發(fā)現(xiàn)，當(dāng)今月球整個(gè)月面的平均磁場強(qiáng)度小于0.2微特斯拉，表明目前的月球要么不存在全球分布的磁場，要么僅存在一個(gè)極端微弱的全球磁場。還有研究者認(rèn)為，大約10億年前，月球內(nèi)部發(fā)動(dòng)機(jī)——月核結(jié)晶停止工作，導(dǎo)致月球磁場逐漸消失，迅速下降至0.1微特斯拉。所以，月球的磁場究竟在何時(shí)因何故誕生?為什么現(xiàn)在幾乎消失了?這些依然是未解之謎。

月球正在遠(yuǎn)離地球嗎?這是月球令人費(fèi)解的又一謎團(tuán)。月球與地球的平均距離約38萬公里，據(jù)觀測，月球正以每年約3.8厘米的速度遠(yuǎn)離地球。自1970年以來，地月平均距離增長了約1.9米。

對此，有一種解釋說，月球繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度比地球自轉(zhuǎn)角速度慢，加上太陽引力作用，地球和月球上就存在引力分布不均衡和時(shí)間變化，進(jìn)而引發(fā)固體潮汐現(xiàn)象，導(dǎo)致地球自轉(zhuǎn)速度減慢和月球公轉(zhuǎn)速度加快。另外，地月系統(tǒng)的能量和角動(dòng)量守恒，導(dǎo)致地球自轉(zhuǎn)速度減小的角動(dòng)量和能力轉(zhuǎn)移到月球，其中月球公轉(zhuǎn)增加的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢能，使月球逐漸遠(yuǎn)離地球。

揭秘還需提升探測技術(shù)

如何破解上述謎團(tuán)?

平勁松認(rèn)為，從探測技術(shù)上看，需要在月面，特別是月球的極區(qū)設(shè)置新類型長期工作的月震儀、地月之間的激光和微波測距設(shè)備、深入到月面之下可穿透月壤層的熱流計(jì)、高靈敏度磁強(qiáng)計(jì)等。

“類似對地球的監(jiān)測，上述設(shè)備應(yīng)在月面多處布設(shè)組成網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行整體監(jiān)測;同時(shí)，還需具備高/低軌道衛(wèi)星—衛(wèi)星鏈路的高精度重力、磁場立體觀測能力。”平勁松表示，使用這些新技術(shù)手段能獲得包括月震、月球全球的長波長重力和磁場，以及月球軌道運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)變化的高精度測量，從而為現(xiàn)有理論、假說提供修正或重建的依據(jù)。

平勁松表示，部署上述觀測技術(shù)有助于獲得月球深部分層結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息，比如月核鐵鎳含量，內(nèi)核是否存在、大小如何、是否是完全晶體固體狀態(tài)，外核以及外核與月幔邊界帶耦合狀態(tài)如何，內(nèi)部熱能及其來源，全球磁場背景狀態(tài)。然后再基于這些信息推測月球內(nèi)核結(jié)晶化年代和磁場消失情況，基于內(nèi)核物質(zhì)狀態(tài)、總量推測月球形成機(jī)理，以及精細(xì)把握月球遠(yuǎn)離地球的狀況和產(chǎn)生機(jī)理。

“揭開月球起源之謎，對研究和揭示系外行星系統(tǒng)的雙行星、特別是宜居帶雙固體行星的形成演化，有重要借鑒意義;解釋月球磁場消失之謎，有助于理解全球磁場消失的其他類地行星的演化，不排除太陽系固體行星磁場快速消失的普遍現(xiàn)象是行星演化的常態(tài)，而地球是個(gè)極端特例。另外，尋找系外宜居行星很可能需要增加固有磁場這個(gè)強(qiáng)約束。”平勁松強(qiáng)調(diào)。

從目前來看，月球遠(yuǎn)離地球的速度非常慢，不會(huì)對地月系統(tǒng)演化和人類社會(huì)存在帶來顯著負(fù)面影響。不過，精確測量和把握月球的遠(yuǎn)離速度，可以用于人類社會(huì)活動(dòng)的高精度測量參考，甚至為超低頻率空間引力波探測提供支持。

關(guān)鍵詞： 月球