月球是空心的?为啥非得去探月

朝宗惊鸣 2024-04-01 22:09:40

1969年7月20日,美国阿波罗11号登月舱登月。宇航员阿姆斯特朗首次在月球留下人类足迹,从此7月20日被定为人类月球日。2017年10月,美国国家航空航天局NASA宣布实施阿尔忒尼斯载人登月计划,其目标是在2024年前将美国航天员送上月球,并在2028年前在月球表面建立永久基地,为登陆火星和更深层次的深空探测任务奠定基础。

迄今为止,人类共有多少人曾经成功登陆月球呢?目前共有12人登陆月球。从1969年7月20日开始的41个月内,共有六次阿波罗登月任务,每次都有两人通过阿波罗登月舱登月。首次登月的是阿波罗11号上的尼尔阿姆斯特朗和巴兹奥尔德林。1972年12月14日,阿波罗17号的塞尔南和杰克施密特是迄今为止最后一次登陆月球的人。2020年12月9日,美国公布了阿尔忒尼斯登月计划的宇航员阵容,这是首次有女宇航员参与的登月计划。到时月球上的第一个女性将成功登陆。人类对宇宙的探索从未止步,而月球是我们探索宇宙的第一站。你对月球了解有多少呢?它是如何诞生的呢?为何有人一直坚信月球是空心的呢?

月球即地卫一,俗称月亮,是地球唯一的天然卫星,直径约等于地球的四分之一,质量是地球的1/81,它是太阳系中第五大的卫星,也是太阳系的密度第二高的卫星,仅次于木卫一。为何水星、金星却没有卫星,而火星的卫星也非常小,目前仅发现了两颗卫星,最大的火卫一直径仅为22.4公里,小到连规则的球形都形成不了,外形和表面看起来就像个大土豆。而作为地球的卫星,月球相对就大得多,直径大约有3500公里。对于这么一个大家伙,他的起源就更显得扑朔迷离了。

由于没有哪个人类看到过月球如何诞生的,天文学家只能通过一些蛛丝马迹来推测月球如何起源。从上个世纪开始,主流科学界关于月球起源主要有着四种猜测。第一种推测月球曾经是地球的一部分,但后来分裂了。这种观点认为,月球原来是地球的一部分,后来由于地球刚诞生的时候自转速度太快,结果把自己给转散架了,月球就是当时甩出去的一部分地球物质形成的。这个观点叫分裂说。

第二种推测月球是被地球捕获的天体。这种观点认为,月球本不是地球的卫星,只是因为从地球的身边经过,被地球的引力捕获,所以才成了一颗卫星。这种观点叫做捕获说。

第三种推测认为月球和地球一起诞生。这种观点认为月球是和地球一起诞生的,都由太阳系的原始吸积盘直接形成,就像太阳和行星一起诞生于同一片分子云一样。这种观点叫做吸积说。

相较于以上三种假说,如今的科学界对地球系统的形成更认同的还是第四种推测,也就是大碰撞说。这种假说认为当初从太阳系外来了一颗火星大小的天体,被称为忒伊亚。有一天他和地球发生了碰撞,大量的物质被抛洒出去并环绕地球运动。随着时间的推移,这些碎片慢慢聚集起来,最终形成了今天的月球。

为了验证这种假说,科学家将阿波罗登月舱带回的月球岩石样本进行了同位素分析。科学家发现月球岩石和地球岩石在同位素方面有着惊人的相似度,这意味着月球和地球有着相同的元素组成。这让科学家产生了一个疑问。天体本身的元素含量会受太阳风的影响。当初那个忒伊亚如果是外来的话,他最初距离太阳的位置和地球有着很大的差异,所以在同位素方面他不应该与地球如此相似。这也成了大碰撞假说目前遇到的主要挑战之一。

2022年10月,一篇发表在天文物理学杂志快报上的文章提出,研究人员对忒伊亚和地球之间的那次天地大冲撞给出了不一样的细节解释。他们通过计算机进行了上百次的模拟撞击,而且相较于以前的碰撞模拟,这次的模拟更注重碰撞的细节过程。研究人员观察模拟结果发现,在大碰撞发生后,那些抛洒出来的物质并没有形成行星环,而是形成了两个相互比较独立的部分,一个离地球比较近,另一个则相对较远。远的那个由于超出了地球的洛希极限,所以不会被地球引力撕扯,久而久之就形成了后来的月球。而相对较近的那个则被地球的引力扯碎,逐渐落回了地球。由于形成月球的那部分物质大部分都来源于地球,这或许可以解释大碰撞假说中同位素相同的问题。

其实关于大碰撞的具体细节,我们还可以从另一个地方找到线索,那就是月球背面。我们知道,月球总是一面朝向地球,我们把这一面称为月球的正面,背对我们的则称为背面。在人类发射月球探测器之前,我们一直以为月球的正面、背面应该都差不多。但当第一次看到探测器传回的照片时,天文学家才惊讶地发现月球的背面竟然如此的不一样。

月球背面不像正面有着大块的盆地,而是崎岖的高原地形。通过探测器的引力测量,天文学家分析了月球内部的质量分布情况。正面的月壳,平均厚度大约30公里,而背面的厚度则有50公里。除此之外,通过对月球陨石的分析,我们还发现正面和背面的物质在化学成分上也有很大的不同。种种迹象表明,月球正面、背面的巨大差异应该和他当初的形成过程息息相关。这些差异也是大碰撞假说需要进一步解释和完善的地方。

其实,目前已经有一些基于大碰撞假说的升级版理论,比如有一种假说被称为正面加热理论。这种理论是说,在大碰撞发生后的月球和地球都处于熔融状态,尤其是地球,他就像一个超级大火炉,把旁边月球这个小煤灰烤的通红。不过,月球背面因为背对着地球,所以他冷却的就会快一点,于是便形成了更厚的月壳。

有人可能会说,地球的那点热量,在地月这个距离上来说会不会太微不足道了。确实,以今天的地月距离来说,地球想把那么多的热量传递给月球确实不太可能。不过,目前研究认为,月球可是正在以每年3.83厘米的速度远离地球。也就是说,在地域系统刚刚形成之初,他俩的距离曾经非常近,甚至只有地球直径的一两倍远。在那么近的情况下,月球正面是可以接受足够的热量,表面的火山活动也更为剧烈。这也是为什么今天我们在正面看到了大片的熔岩平原。但是,这个假说仍存在一些问题,比如如果当初他俩真挨的那么近的话,月球很可能就不会慢慢远离地球。相反,他会逐渐靠近地球,并最终撞上地球。

而另一个大碰撞假说的升级版就真的提供了一个二次撞击的假说。这种说法认为,在第一次忒伊亚的大碰撞发生后,此时有一个小天体迎面撞上了仍处于熔融状态的月球。随后溅出的物质运动到了背面并沉淀了下来,从而形成了高原地形。而承受撞击的正面由于地表被融化,所以导致了化学成分上存在差异。

但是这种猜想也有问题,例如,撞击若是发生在熔融状态的早期,那么今天月球正面的撞击盆底应该早就被抹平了,不可能保留到现在。和第二次撞击甲说类似,还有种假说认为,当大碰撞发生后,由地球周围碎屑形成的卫星并不只有一颗,而是两颗。由于这两颗卫星的运动速度存在差异,随后较小的那颗追尾了另外一颗大的,于是,类似二次撞击假说,碰撞后小卫星的碎片建落到了大卫星的另一面,后来两者融合在一起,形成了最终的月球。

不管是哪种假说,位于月球正背面的差异以及起源问题,目前都还缺少实际证据。不过,如今,随着各国探月计划的开展,将会为月球演化研究带来新的证据。比如,2020年12月,嫦娥五号月球探测器就从月球带回了1.73公斤的月球样品。基于该样品,科学家在《自然》杂志上发表论文提出:月球火山活动的持续时间要比以前推测的要长了21年。但是小小的月球为何内部冷却得如此之慢呢?研究人员通过对月球玄武岩样本分析后发现,这里面钙和钛的含量要比预想的多,因为这玄武岩就是当初月表的岩浆冷却后形成的。这意味着岩浆在深入月幔的过程中,由于含有了比较多的钙和钛,所以熔点被大大降低了。

不仅如此,NASA现在也将对当年阿波罗带回的已被封存了50年的月球样本计划重新开展研究。相信日后类似的关于月球演化的研究结果将会越来越多。 提到月球的演化。人们禁不住想到一个问题:月球的内部结构是怎么样的?如果能探测出月球的内部结构,那对月球的演化起源的认识将会更加深刻。

之前一直有种说法,很多人相信月球是空心的,就像认为地球是平的一样。当然,提出月球空心说的人也提出了他们的依据。根据计算结果显示,月球的平均密度是每立方厘米3.33克,地球密度是每立方厘米5.5克,几乎相差一半。哈洛德尤里博士等科学家认为,这是由于月球中心空虚所致。英国皇家天文学会的月球权威威尔金斯博士甚至估计月球中有体积约1400万立方英里的空洞。月球的密度要远低于地球。根据阿波罗登月舱带回来的样本,月表岩石的密度要远远大于地球岩石。如果以样本作为依据,应考虑到月球的体积。月球的总质量应该比现在的计算结果大得多才对,相应的引力也要大一些。可实际上,月球的引力只有地球的1/6。

问题出在哪里呢?唯一的原因应该就在月球本身上。在20世纪60年代,多位科学家基于月球的密度远低于地球,推测月球内部可能是空洞的,而此后测量的月震数据又进一步为月球空心说提供的证据。当时阿波罗登月飞船一节十五吨重的火箭残骸坠落月表,他产生了长达三小时的震荡余波。而如果月球是实心的,这种声音理应仅能持续大约一分钟。

此后,越来越多的科学家开始相信月球空心说,并提出了各式各样的假设。比如,著名天体物理学家卡尔萨根认为,天然卫星不会是空心的,所以月球不是天然形成的,或许他是一个高等智慧文明建造的。甚至天体物理学家大胆提出:“十五亿年以来,月球一直是外星人的宇航站,月球是空心的,在他的内部存在一个极为先进的文明世界。”

为了一劳永逸的弄清楚月球内部是什么情况,科学家从太空任务和月球激光测取实验中收集了数据,包括它与地球的引力相互作用而变形的程度,它与地球间距离的变化以及它的密度。最终,天文学家发现,月球核心与地球非常相似,其内部密度较大的物质向中心下落,密度较低的物质向上上升,且都有一个流体层和一个固体内核。也就是说,月球内部结构从外到内依次是月壳,月幔、月核。

据估计,月球内核的密度约为每立方米7822千克,非常接近铁的密度。其中,外核的半径约为362公里,内核的半径约为258公里,这大约是月球整个半径的15%。此外,美国宇航局在2011年使用最先进的地震学技术研究了阿波罗计划的数据,也发现了类似的结果。

在先前的研究中,美国NASA通过对月球岩石样本建立月球的物理和化学模型,绘制了在月球表面可能存在月球地幔碎片位置的地图,并更新了月球地幔在冷却和凝固时如何演化的猜测。通过推演的结果,科学家们发现,月幔的演化要比原先想象的复杂得多。月幔中矿物的分布情况显得十分凌乱。所以,科学家们需要在月球上找到足够多的月幔碎片,才能更好地了解月球、地球和许多其他太阳系世界是如何演化的。

在月球的南极存在着一个巨大的盆地,艾特肯盆地。他的直径约为2600公里,是目前已经确认的月球上最大的撞击结构。在该区域是最有可能寻找到足够多的深层月幔碎片的理想场所。多年来,科学家们一直对月球背面艾特肯盆地表面的放射性异常感到困惑。通过研究这种异常的放射性与岩浆海洋结晶结束时在最上层地幔中形成的淤泥一致。所以,月球南极的艾特肯盆地是目前在月球表面可以轻松挖掘出远古月幔物质的最佳地点。

而2018年12月发射的嫦娥四号探测器的降落地点,正是月球背面的艾特肯盆地。玉兔二号月球车目前仍然在该盆地内进行深入的探测活动。月球只是人类奔赴更加遥远星辰大海的加油站。以月球为背景描绘更加深邃的星空,将是世界各国科学家的共同愿景和努力方向,在不久的将来,一定会给我们带来更加多彩的宇宙画卷。不仅是为了探测宇宙,月球的存在对地球上人类的生存也是意义重大的。

月亮对我们来说,仅仅意味着中秋节,仅仅意味着我们可以在晚上观赏一轮明月吗?其实,月亮对我们人类的生存意义重大。月亮离我们非常遥远,大约38万公里左右,他看起来好像没什么作用。但其实,对我们地球生态系统有着非常重大的影响。你甚至可以认为,地球的生态系统就是由月球和太阳共同制造出来的,而不是地球本身形成的一个独立的生态系统。

在太阳系的所有行星中,目前发现只有地球上孕育了丰富多彩的生命。其中一个重要原因就是因为我们有这颗卫星月球。在电影中有这样一个情节,外星人侵略地球,最后想了一个办法来灭掉地球人,那就是毁灭月球。其实,我们人类也曾经计划破坏月球。美国与苏联冷战期间,1958年,美国曾经计划往月球投射一颗原子弹,准备测试一下原子弹在太空天体上爆炸的威力。幸好,这个计划最后取消了,而变成了阿波罗登月计划。而苏联当时也有个E计划,准备往月球投射原子弹。

现在的情况是,月球正以每年3.8厘米的速度远离地球。按照这个速度计算,再过50亿年,月球就会到达离地球最远的地方。没有了月球,地球将不再是一颗适合人类居住的星球。月球最微妙的影响之一就是它对生命本身的影响。

在平均 29.5 天的周期中,动物们的行为因月亮在天空中的位置而变化。欧洲獾在新月期间更倾向于标记自己的领地,寻找配偶。而海洋中的珊瑚也变得更加活跃。更令人惊讶的是,狮子在满月期间猎食的可能性变小。研究人员发现,狮子袭击人类的事件发生在满月后十天。许多蝙蝠在满月期间也不那么活跃。

另外,有研究证明,哺乳动物的视力是专门为月光而进化的。月亮是天空中额外的一盏灯 ,帮助我们应对威胁和危险,从野生动物到辨别危险的道路,地球上有如此多的物种受到月球的影响。我们有理由相信,月球对地球的生物起源、进化,甚至高级生命的形成都有着不可替代的作用。为了更容易理解月球对地球的重要作用,我们来看一看如果没有月球,地球会发生怎样的变化呢?

如果没有月球,陨石撞击地球的风险就会增加。我们可以看到月球表面有很多陨石撞击坑,这意味着月球曾经帮我们挡住了很多陨石,有些特别大。这些陨石撞击地球会有什么后果?曾经地球上恐龙时代的结束已经向我们敲响了警钟。

如果没有月球,地球自转轴会发生偏移。地球是绕着倾斜角自转的。如果这个轴的角度变了,地球上的四季就会发生变化,会发生一天几个季节的状况。地球上的动植物,包括人类,都会面临生存的挑战。

如果没有月球,地球上的潮汐会发生变化。现在,地球上的潮汐主要由太阳和月亮共同引力作用而产生。太阳引力的影响大概占1/3,月亮的影响大概占到2/3。大家可能会觉得没有潮汐好像也没什么太大的影响。其实,潮汐如果变小,地球的自转速度就会发生变化。现在,地球的自转速度是一天 24 小时,这是因为月亮引起的潮汐现象。把地球自转速度拉慢了。根据推算,46 亿年前地球刚刚形成的时候,一天只有八个小时。一天八小时,就意味着地球的转速会是现在的三倍。

这样快的自转速度会影响到一个自然现象,那就是风。现在地球上的风主要是由于温差和气压差而产生的。如果地球自转速度变成现在的三倍,温差的影响将忽略不计。地球上只会刮一种风,东风。这样的东风威力惊人,每秒 80 米到 90 米左右。而且每天都是如此。80-90 米每秒意味着什么呢?威力巨大的 12 级台风都仅仅是每秒 30 多米。如果地球上只有 80-90 米每秒的东风,会发生什么呢?

首先,海洋上不再会有船只,再没有游轮载着人们游玩,也没有渔民在海上捕鱼。因为海上到处是狂风巨浪,任何船只都无法在海上生存。地球表面也不会有高山,强风的风蚀作用会导致地球上的高山都被抹平。再没有喜马拉雅山,地磁场会变强。如果自转速度变成现在的三倍,磁场也可能会变得强大。对任何生物体都会产生影响。我们人体的血液和细胞中都含有铁元素,体内的铁会对此产生反应。据研究表明,磁场保持适当的强度,生物的生命力会很强。但磁场太强反而会让人焦躁不安,过度兴奋。磁场太弱,生命体的生命力就会下降。

在太阳系中,月球和地球形成了一个相互独立却又密不可分的命运共同体。这对太阳系最深情的伴侣,在行程后 45 亿年里默默守护在彼此身边,不离不弃,在浩瀚的宇宙中成为彼此的唯一。

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朝宗惊鸣

简介:热爱体育,探索未知宇宙