我们曾拥有过两个月亮?
2019-01-22 07:34

我们曾拥有过两个月亮?

本文来自微信公众号:果壳(ID:Guokr42),作者:溯鹰,编辑:steed


在懵懂的咿呀学童眼里,神话大概是认识世界的启蒙起点。夜晚那轮明亮的玉盘,被描述为一片美丽的宫殿。宫殿里有月神嫦娥,也有砍桂树的吴刚,而在桂树的枝桠底下,还有不停捣着药钵的小兔子。


随着年龄渐长,孩子们的神话,逐渐替换成了现代科学体系下精确的名词:桂树和月民的身影,变成了色泽黯淡的月球盆地——月海;而玉盘背景上的银光,则成为了高耸而明亮的月球高地——月陆。


熟悉的月球正面,深色的部分是低洼的平地,被称为“月海”,构成了美丽传说中玉兔和桂树的形象。丨NASA


不过,科学世纪的月球故事,没有让这轮玉盘的奥秘消减丝毫,反而带来了更多的疑问。


月球的两面截然不同


地球上的昼夜交替,为我们直观传达着星球会不停自转的观感。但有心人会发现:无论你在什么时候抬头看月球,看到的永远都是同一张“月宫桂树”的图景,几乎没有半点偏移,就仿佛月球从来不转动似的。这种现象的本质,乃是月球的公转和自转周期相同。于是,在地球上看过去,月亮就永远以一面朝着地球,而另一侧则永远背对着地球。


永远背对地球的那一侧,被人们形象地称之为“月之暗面”。随着嫦娥四号成功登月,对月球背面的关注也突然多了起来。可是,如果打开月球背面的完整照片,映入脑海的第一印象想必会令你大吃一惊:它和月球正面之间的地貌差别太大,根本就像是另一颗截然不同的星球。


月之暗面,很少看到深色的月海,几乎全是明亮而又坑坑洼洼的月陆。跟月亮的正面有着迥然的区别。丨NASA


在正面,黯淡低洼的月海占了表面积31%之多,这些月海和明亮的月陆之间斑驳陆离、交相辉映,构成了美丽神话中的形象图案。然而在背面,月海却仅有区区2%,苍白的月陆覆盖了一切,其上布满了密密麻麻的陨击坑,简直让人密集恐惧症直犯。由于月陆比月海的颜色更浅,可以说“月之暗面”不仅不暗,甚至比正面还要更明亮。


明暗背后是成分的差异


月陆和月海明亮程度的不同,本质上是构成这两种地貌的岩石成分不同。科学家们用”色率“这个概念去描述岩石成分差异所带来的感官上的差异,它被定义为岩石中镁铁质矿物的单位体积百分比。由于镁铁质矿物一般都呈现黯淡的色泽,所以岩石中镁铁质矿物越多,颜色上也会显得更暗。


月陆的成分是斜长岩,这种岩石几乎清一色由钙长石(CaAl2Si2O8)组成,其间几无镁铁质矿物伴生。月海则截然相反,由玄武岩构成,这是来自地幔的原始岩浆喷出地表凝固而成的一种岩石,含有较多的原始矿物,譬如辉石和橄榄石。由于这些矿物都是铁镁的硅酸盐,月海整体在色泽上也就颇为黯淡。


月球圆乎乎的外观,表征着它是一颗达到了静力平衡的球体。此外,它又不像地球那样几十亿年内部持续活跃,导致岩石圈板块永远在地球表面到处移动。月球地壳自凝固起,几无活跃的构造活动。在这两个事实为前提,结论只能是“月球各处岩石圈的成分理应均衡”。


可事实呢?正如前面所说,月球正面与背面岩石圈成分几近天壤之别,就仿佛月球有意要把自己身姿最丰富的那面秀给地球,而把自己的麻子脸悄然藏在咱们看不到的角度似的。


为什么月球两面判若两个世界?最保守的回答自然是:不知道。这就是月之暗面,人类从未踏足的未知边界。由于缺乏实地资料,人们只能语焉不详地梳理这颗卫星的简史,而把开拓的可能性留给一代又一代的旅人。


就是在这样一个时间节点上,嫦娥四号踏上了45亿年前的异星陆地。


月球车玉兔二号驶上月球背面的地表,在满是月壤的地面上留下了两道车辙丨中国国家航天局


也许曾经存在两个月亮


月球诞生于45亿年前。这泱泱45亿年的岁月被分为五个阶段,尽管每一个阶段里的记忆都无法清晰追溯,但一些标志性的大事件,多少为这颗银色卫星的编年史,竖起了一座座恢弘而又分明的信标。


太初之时的第一信标叫做大冲击。一颗叫做忒伊亚的原行星撞上了地球,巨大的冲击力撕裂了地球的地壳,击碎了地球的地幔,把无数碎片抛向地球外侧轨道,这些碎屑围着地球构成了如同今日土星一般的星环,而后逐渐融合,形成了今日的月球雏形。


第二信标是结晶分异。无数碎屑的融合,令它们的动能转换为新生月球的内能。初形成的月球表面,因而维持着熔融态的炽热岩浆海。随着岩浆海逐渐冷却,内部物质纷纷达到凝固点开始结晶。比重较大的镁铁质矿物纷纷沉入深处,形成月球的地幔;而比重较轻的斜长石则漂浮在岩浆海的表层,逐渐凝固为明亮的月陆。


大撞击之后,无数碎屑围绕地球形成星环,它们是构成原始月球的原材料。丨educatinghumanity.com


这些事情发生在距今45亿~39亿年前的前酒神纪(Pre-Nectarian)。由于月球大地构造作用的匮乏,岩石圈应力微弱,此时形成的雏生月陆理应是一片平坦的。


第三信标,是著名的后期重轰炸(LHB, Late Heavy Bombardment),发生在酒神纪至雨海纪(39亿~32亿年前)。木星等外侧大行星进行轨道调整,将无数小行星抛向了太阳系内侧,如同炮弹一样对内侧轨道天体——包括地球和月球在内——进行无差别高频轰炸,从而构成了今日月陆上密集的陨击地貌。


在后期重轰炸期间,月球内部的结晶分异也在持续进行。月海玄武岩大部分喷发于晚雨海纪(38亿~32亿年前),而一经喷发,便形成了今日可见的月海轮廓。


而后的爱拉托逊纪(32亿~11亿年前)和哥白尼纪(11亿年前至今)由于月球内部地质活动和太阳系行星际事件整体消停,对月球地貌的整体塑造作用几乎可以忽略。


至此月球简史完结。然而,这里显然缺失了重要的一章,因为其中没有任何一个事件,可以说明月球两侧成分的高度差异性。


固然,后期重轰炸作为一种外因,可能在轰击月球的过程中导致非均质性,但这好歹是一个以亿年为时间单位、以亿万公里为空间跨度的事件,月亮走位再风骚,也不至于亿万年里只有一面挨炸吧….. 何况对月面陨石坑进行测年统计也表示:两侧陨石坑的形成年代皆集中于42亿~38亿年之间——换句话说,当时月面两侧接受陨击的几率是均等的。


显然,这其中应该插入一些事件,来解释月球这种不正常的“偏向性”。于是,有人给出了一个大胆的假设[1]:我们的地球一开始,可能有两颗月亮。


玉兔二号在试图寻找第二个月亮


第二颗月亮在哪儿,后来被天狗吃了吗?当然不是。根据这一假说,第二颗月亮(姑且按照天文学家的命名法则,称之为“地卫二”好了)之所以在今日的夜空中消失不见,是因为它在形成之后不久,便撞在了今日仍在的这颗月亮上[2]


在这种假说里,两颗月亮皆形成于地球和忒伊亚相撞之后,由溅飞至地球轨道的碎片融合而成。由于碎屑吸积的随机性,月球和“地卫二”之间有着先天的角速度差异。不久之后,两者便发生了撞击。第二颗月亮如同泥巴似地糊在了月球背面,导致背侧地壳明显加厚。


按照假说,在围绕地球的星环聚合成卫星之后不久,“地卫二”就撞上了原始月球的背侧,从而使月球的背侧的地壳发生加厚,进而影响后续月球两侧地质演化的差异性。丨NASA


而后的故事依然相同:后期重轰炸期如期而至。只不过,那些撞向背面的天体,由于遇到了一个“加厚版”的月陆,不容易砸穿,自然也就无法为地幔深处熔融的岩浆提供涌至地表的裂隙通道。而正面的“原版月陆”较薄,在小行星撞击中惨遭砸裂,就为岩浆的上涌提供了通道。当这些来自月幔的原始岩浆汩汩流出,如同洪水一般注入到地表陨石坑内,便在月球正面形成了诸多低洼而平坦的月海。


事实是否真的是这样。目前唯一的回答仍然是:不知道。毕竟这只是一个假设,只能提供一种可能性来解释月球两侧的巨大差异。至于这种可能性是否与事实匹配,只有实地调查者才有进一步的发言权。


作为目前人类向月球背面派遣的仅有的实地调查者,嫦娥四号,连同月球车玉兔二号,已经安然降落在了南极-艾托肯盆地。这个疑似遭受了月幔混染的背侧盆地,用一种同时混溶了月陆与月海的奇异光泽,阐释着可能已经触手可及的未知奥秘。


月球车玉兔二号的车轮,在真空中无声地前进。在那个你我永远无法目视的月之暗面,它和嫦娥四号的眼眸也同样永远无法回望你我所在的蓝星。但是,它们在那个世界勇敢探索而获取的新知,会借由鹊桥之手传回我们这个世界。


成功登陆月之暗面,这本身已经在人类文明探月史上增添了新的一页。我们更期待,它们传回的新知,也能够在月球这颗古老卫星的简史上增添新的一页。


第二只玉兔,说不定真有机会证实曾经存在过的第二颗月亮呢!


参考文献:


[1]Richard Lovett, 2011. Early Earth may have had two moons. Nature: Nature News.

[2]更近期的版本里甚至还会出现三颗、四颗….等等更多的小月亮,参见:太初纪元,诸月争辉——月球起源再一说


本文来自微信公众号:果壳(ID:Guokr42),作者:溯鹰,编辑:steed

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