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中秋節快要到了，讓我們一起抬頭看看月亮吧。這回要說的是：月亮在縮小。在最近《科學》雜志發表的一篇論文中，來自美國航天局（NASA）、史密森航空航天博物館等處的科學家宣稱，月球在近10億年間，“縮水”了近100米，科學家怎么知道這件事兒的？原來，一些月球的高清照片泄露了天機。
(責任編輯：白雪松)
觀察 “月球皮”皺了起來 上世紀70年代的“阿波羅計劃”，讓科學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，不到100米高。這些葉狀懸崖是如何形成的呢？當時，就有科學家假設，這些地貌是月球“縮水”的結果。 主持“月球縮小”研究的史密森航空航天博物館的行星科學家瓦特斯（Thomas Watters）表示，葉狀懸崖會在行星或衛星冷卻和縮小時形成。體積減小造成相應的表面積減少。這樣就使得它的外殼顯得“太大了”，結果是外殼相互擠壓、破裂，有些部分被擠到高處，形成看上去很像皺褶的懸崖。這個過程有點像過了“全盛期”的蘋果。當蘋果失水之后，體積減少，于是蘋果皮出現皺褶。 雖然研究者們此前已經假設月球在縮小，但是阿波羅號拍下的照片卻只顯示了月球赤道地區的地貌。科學家們無法確定這些懸崖是否遍布整個月球表面。如今，美國宇航局（NASA）發來的“月球偵察兵”（LRO）月球衛星拍到了14張新的懸崖照片，它們廣泛分布于月球表面。這是第一次關于月球全面分布有這種懸崖的確實證據。美國卡內基大學的行星科學家所羅門（Sean Solomon）說：“這是迄今為止對于月球在過去的幾十億年時間里一直在冷卻和收縮的最好的觀察證據。” 測年 環形山確定形成年代 瓦特斯和他的小組觀察了新發現的懸崖表面和內里的特征，以確定它的年齡。 如何知道它的年齡呢？原來，月球上有很多環形山，這些環形山都是由來自月外的隕石撞擊形成的。科學家們可以大致估算這些環形山形成的年代，起碼能了解它們產生的先后順序。 在月球“年輕”的時代，太陽系還不安定，有很多大個的地球、月球在我們周圍飛來飛去，很容易撞上。北京天文館館長朱進表示，月球上超大的環形山，甚至更大的“月海”形成于41億年到38億年前的所謂“大轟炸”時期。此后情況緩和一些，撞月的多數是一些小得多的天體。所以較大的環形山大多形成得較早，而較小的環形山大多形成得較晚。 科學家們發現，大多數的葉狀懸崖都沒有受到較大的，比較古老的環形山的影響，而有不少較小的，比較年輕的環形山切割了這些懸崖，科學家們估計這些小環形山大約是在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 一般人感覺不到它 難道我們和李白都仰望過的月亮，它……在縮小嗎？瓦特斯說，賞月者不必害怕！因為10億年間縮小100米，并不算太夸張。舉個例子來說明，水星上有的懸崖深達1000米，長度可達1000千米，這說明水星“近期”就縮小了1000米。 瓦特斯說，這么小的縮小量說明月球開始的時候比較冷，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，行星和衛星科學家賓德（Alan Binder）就認為，月球在剛誕生的時候完全是熔化狀態，它在一生中大約會縮小5000米。雖然有新的研究成果，但賓德還是堅持自己的觀點：“我很高興看到這項成果，雖然不認為它能說明什么大問題。越多新發現的懸崖越好，但它們不能改變整個的圖景，它們只是增加了一點數據。” 意義 月球并未“地質死亡” 雖然月球縮小得并不多，但它“正在縮小”的結論卻對月球研究有著重要的意義。 月球正在縮小的事實，推翻了此前人們認為月球是一塊“冷石頭”的傳統觀念，說明它可能仍然具有一個熾熱的核，并存在著地質活動。 瓦特斯說：“一般的說法是月球已經‘地質死亡’。所有在地質學上顯著的事件都發生在幾十億年之前。大量的新形成的懸崖說明不是那么回事。” 科學家們相信月球形成于大約45億年前，一個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，這些碎片因為引力的原因緊縮在一起，形成了一些核聚變反應，產生了熱量，將碎片部分或全部熔化。熔化的物質在離心力和液體表面張力的共同作用下形成球體。以前人們認為，這個過程發生在幾十億年前，而近10億年來，月球一直都很“消停”。 對于一個被認為已經“地質死亡”的天體來說，月亮的縮小讓科學家感到意外。NASA華盛頓分部的首席科學家瓦戈（Michael Wargo）說：“它已經不是你祖父看到的月亮了。我們現在可以用完全不同的眼光來看月球。我們以前以為它已經死亡，一成不變，現在看來它還充滿了活力。” 下一步，科學家們要用月球偵察兵月球衛星拍攝整個月球表面的照片，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。而且還可以用現在拍攝到的圖像和三四十年前拍攝到的圖像進行比較，可以看出這些懸崖是否有了改變。 【鏈接】 月亮還在越來越遠 月亮不但越來越小，而且還在遠離我們！這在科學界已經是定論。為什么月球在遠離地球？原因是地球的自轉速度在變慢。 地球不完全是固體狀態，它“拖家帶口”：地幔存在液態和半液態的物體，地殼上方還有水和空氣。它們“自由散慢”，帶動它們旋轉肯定會產生摩擦，摩擦會消耗地球的旋轉動能，使地球旋轉變慢。而潮汐是地球自轉變慢的最主要原因，它和月亮有很大關系。潮汐現象是指海水在天體（主要是月球和太陽）引潮力作用下所產生的周期性運動。雖然太陽的質量比月球大得多，但太陽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。其他天體或因遠離地球，或因質量太小所產生的引潮力微不足道。根據平衡潮理論，如果地球完全由等深海水覆蓋，用萬有引力計算，月球所產生的最大引潮力可使海水面升高0.563m，太陽則只有0.246m。 月球吸引著海水摩擦地球，讓地球的轉速變慢，這就好比用抹布擦一個旋轉的地球儀，地球儀的轉速變慢一個道理。根據大約5億年前生活的“二枚貝”化石上的條紋，科學家發現，那時候，地球一天只有21小時，1年有410天。 因為地球轉速變慢，所以月亮在遠離地球。根據“角動量守恒定律”，在沒有外力的作用下，一個旋轉系統的動量總是不變的。地球旋轉速度降低了，如果月球和地球距離不變，整個系統的動量就無法守恒，所以月球“需要”遠離地球。這就好比是花樣滑冰運動員在冰上旋轉。她收緊雙臂，就會加速旋轉；展開雙臂則會減速旋轉。當地球轉速變慢時，月球就會遠離。這相當于運動員“展開雙臂”。 如今，月球正在以每年約3.8厘米的速度遠離地球。在40多年的時間里，科學家們一直用精確的激光測距儀測定月球和地球的距離，在這段時間里，兩者的平均距離已經超過1.5米。 |
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