我国唐山大地震发生前几小时,当时月相正值朔日,本应看不见的新月完全泛红,十分明显。由于强震前现已测到有强烈低频电磁波辐射,以及磁场等物理场的变化,因此研究月球现象及月震,对地震的临震预报,具有十分重要的意义。
有关月震之谜
在人类到达月球之前,科学家们认为“月球是一个死寂的世界”,但是自从“阿波罗”飞船宇航员降落月面,并在月面设置了几台地震仪后他们才知道,月球是一个极其“活跃”的世界。月震发生在我们无法想象的月球深处,震源在月面下800—1600千米处,那里离月球外壳已相当远了。
设在月面的地震仪曾多次记录到月震,科学家们把多数月震称为“微型月震”,根据月震记录,月球的活动和振动不仅多次反复发生而且有时强度还相当可观。莱萨姆博士解释说:“当发生这种乱哄哄的微弱震动时,有时两小时发生一次,有时几天后才能平息下来。目前还不知道这种‘成群爷震动的震源在哪里。”
设在月面的地震仪还记录到传来1—9分钟内的高频振动,科学家们感到十分困惑,他们推测只能是月面的某一区域正发生移动,可是这种高频振动发生了多次且持续不断,科学家们的推测似乎并不对。直到今天成千次这种微震仍在发生,可以认为是一种自然现象,莱萨姆博士后来发现在这种振动中有一种独特的类型,它们发生在月球最接近地球的时候。他认为这是由于这时地球作用于月球的引力增强,使月壳产生振动。
有意思的是,微型月震多发生在月面的裂隙上。所谓裂隙就是月面上延绵几百千米的窄而深的沟。不过有的科学家认为月面上并不存在什么裂隙。
莱姆博士指出,微型月震和月壳的振动现象与月球内部的热能并无直接关联,与其说是月面火山活动不如说是月壳的变动。这些微震中的大者也只在里氏震级二级以上,而且震源深度不到500米。
对月球进行的种种其他研究也表明,在月球的岩石和土壤下存在着一个金属层。在美国航空航天局有关研究机构召开的“第四届月球科学研讨会”的专门报告中提到,美国圣克拉拉大学物理学博士卡契斯·帕金与美国航空航天局艾姆斯研究中心的帕尔马·代亚尔和威廉·迪利将“阿波罗11号”和“阿波罗15号”设在月面的磁强计数据与“探险者35号”获得的数据综合起来绘制了整个月球的磁带曲线。他们在一家专业杂志上撰文说:“根据磁强计的测定,月球上有大量的铁。月球岩石并不是由非磁性物质构成的,而是由铁等强磁性物质构成的。这是一种游离态的铁。”这一研究结果具有不可忽视的意义。他们说,与他们测量到的数值相一致的具有高导磁性的矿物。有一定强磁性的矿物及其化合物都未能发现,由此可以推测,相当于整个月球导磁性的游离态金属铁一类物质,以强磁性状态存在于月球内壳,而且含量可观。根据其他资料研究所获得的结果与此相似。也就是说,紧挨着覆盖着月面的岩石的月面土壤有一个壳层,在这一壳层中存在着为数极大的金属矿物,在权威的国际月球研究杂志《月球》上,1971年里曾刊载了三份研究报告,这几份研究报告都谈到月球内部的金属层,因而受到广泛关注。
在月球提供给我们的“暗示”中,有许多不曾被科学家们忽略的东西。月球不均衡的外观给地球上善动脑筋的科学家以这样的印象———月球内部似乎存在某种“强有力”的东西。在通过出访月球使我们了解更多事实之前,地球上的科学家曾预测月球上既有“压扁”之处也有“膨胀”部位。但是比科学家们估计的月球“膨胀”程度大17倍。更加不可思议的是(当然科学家们现在还没弄明白)月球为什么能够维持住那么大的“膨胀”。苏联科学家认为,月球内部奇怪而神秘的力量来自坚固的金属质月球内壳。但是在科学家们寄予厚望的月球探测计划正式实施之后,事实仍使他们吃惊,他们已经知道月球上存在“膨胀”,但是找不到“膨胀”部位在哪里。一位科学家扫兴地说:“地球之外的所有人似乎都显得对月球十分关心。”
令人难以捉摸的月球磁场
要研究月球内部构造,月球磁场的性质可以提供重要的依据,因而月球磁场的性质备受研究月球的科学家们的关注。那么,月球会不会像地球一样也有磁场呢?虽然月球现在没有全球性的偶极磁场,但在采集回来的月球岩石样品中却发现了月岩具有天然的剩余磁化成分,这就表明月球在历史上可能曾经有过一个全球性的磁场。
月球磁场的形成
现有理论认为,行星内部的构造运动是行星磁场形成的主要原因。太阳系中大多数的星球都拥有自己的磁场,对于以地球为主要代表的行星种类来说,磁场由于其内核的运动而产生,地球磁场能保护人类免受太阳风的伤害;对于以火星为代表的另一类行星来说,磁场的出现与其过去的活动情况相关。
早期研究月球的专家因此断言,月球的磁场应该极弱甚至根本没有。如果磁场曾经存在,月球就应该有个铁质的核心,但当时的证据显示,月球不可能有这样的核心,且月球也无法从临近天体获得磁场。
以地球为例,月球必须距离地球足够近才能“借”到地球磁场,但此时月球也就会被地球引力撕碎。然而月岩的标本给了持有此种观点的科学家一个巨大的打击,标本显示出月岩曾被很强的磁场磁化,而科学家无法解释这些强磁场的来源,双方长期为此争论不休。
有些人认为,38亿—32亿年前,月球曾经有一个熔融的月核,可以产生全球性的磁场。另一些人则认为,在40亿—38亿年前,月球经历过一次大的变动,曾使岩石加热到居里点(大约780益)以上,当岩石冷却到居里点以下后,在一个数千伽马的磁化磁场中,岩石被磁化,从而获得了剩磁。还有一些人认为,月岩的磁场是在地球磁场或太阳风的作用下产生的。
1998年由美国发射的“月球勘探者号”探测器利用其携带的磁力仪和电子反射谱仪,测量了月球的磁场强度和分布,根据测量结果,一些科学家推断月球的磁性是由撞击形成的。这一新的观点大大加深了月球磁场的性质与成因理论的研究。
月球勘探者
“月球勘探者”是新型的行星际探测器,和以前的探测器相比它具有更高的可靠性和更低廉的造价。飞船上携带了五件科学探测仪器,它的整个研发过程仅用了一年零十个月的时间。
探测器由美国著名的军工企业洛克希德·马丁公司制造。整架探测器很像一个陀螺,体积非常小,装满燃料后仅重295千克,仅仅是一辆轿车重量的四分之一。
1998年1月6日,“月球勘探者”飞船发射升空。105个小时后,飞船到达月球,开始围绕月球的极地轨道运行。勘探者飞船的主要任务是探测月球上是否存在水冰,并绘制月球表面的引力图。
同年3月5日,美国宇航局的科学家宣布,月球勘探者传回的数据表明月球上存在水冰,估计在月球两极存在1100万—3.3亿吨的水冰。
月球磁场的分布
根据电子反射谱仪测定的区域(包括月球雨海和澄海地区)月壳磁场的分布情况,可以看出:通过观察反射系数,说明观察区的磁场的磁感应强度绝大多数在1伊10—7—5伊10—9特斯拉范围内;最大的反射率为0.78,表明其对应的磁感应强度达到10伊10—9特斯拉;在雨海对应区的内环上的磁场也较强;而在冷海周边的对应山环上的磁场稍弱,两个较弱磁场区的中心位置分别为58毅S,175毅E和55毅S,188毅E。
由于月壳强磁场的分布正好位于大型撞击盆地对应的另一半球,并且形状相同,因而一些科学家认为,这一磁场的强化可能与某一事件有关。超速撞击(速度大于10千米/秒)可形成等离子体云,这一等离子体云滞留于月球上有5分钟左右,从而使原先的偶极磁场得到加强,而被加强了的磁场在等离子体云衰减变薄之前仅可保持1天左右,如此短的时间明显比岩石的冷却时间短,因此,热剩余磁化是不可能的,但在撞击盆地两边(环上)由于撞击溅射作用,撞击剩余磁化是可能的,即撞击坑盆地的溅射物在撞击后的几十分钟内溅落在对峙的环上,同时巨大的冲击压力使它足够产生撞击剩余磁化并保存下来。
什么是等离子体
等离子体又叫做电浆,是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质。离子体广泛存在于宇宙中,常被视为是在固、液、气三中状态外的物质存在的第四种状态。等离子体是一种很好的导电体,利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。等离子体物理学的发展为材料、能源、信息、环境空间、空间物理、地球物理等科学的进一步发展提供了新的技术和工艺。
看似“神秘”的等离子体,其实是宇宙中一种常见的物质,在恒星(例如太阳)、闪电中都存在等离子体,它占了整个宇宙的99%。现在人们已经掌握利用电场和磁场来控制等离子体,例如焊工们可以用高温等离子体焊接金属。
等离子体可分为两种:高温等离子体和低温等离子体。现在低温等离子体广泛运用于多种生产领域,例如,婴儿尿布表面防水涂层,等离子电视,啤酒瓶的阻隔性,最更重要的是在电脑芯片中的时刻运用,让网络时代成为现实。
月球上的神奇光辉
远远看去,月球是如此美丽恬静。其实多少年来月球的月表依然如故,几乎没有什么变化。一位英国天文学家曾打趣:“如果我们带着望远镜回到恐龙时代,会发现,那时的月球与今天所见的完全一样。”
但实际上,月球并非是完全死寂的,它还有许多神秘的局部活动现象(称月面暂现现象)———月面上会出现某种奇异的辉光,散发出一些神秘的云雾,局部地区暂时变暗、变色,甚至有些环形山会突然消失或莫名其妙地变大……这种月面暂现现象的记载可以追溯到800多年前。1178年6月25日是个娥眉月之夜,英国有5个人在不同的地方同时发现,在弯弯的月钩尖角上有一种奇异的闪光,但当时这些目击者的报告并未引起人们的重视。1783年,天王星发现者威廉·赫歇尔在用望远镜观测月球时,发现“在月球的阴暗部分,有一处地方在发光,其大小和一颗四等红色暗星相仿”。1787年他又观测到了这种现象,并形容它“好像是燃烧着的木炭,还薄薄地蒙上了一层热灰”。经赫歇尔两次报告之后,送到天文台的这种观测报告日渐增多,至今大约已有1500多篇。
1866年10月16日,曾发现3万多环形山的德国天文学家约翰·西洛塔尔宣称,原来在澄海中的一个他十分熟悉的林奈环形山(直径9.6千米)忽然神秘消失。1868年,有人发现一个原来直径只有500米的小环形山直径已增大到了3千米。
在20世纪,这种观测报告有增无减。英国天文学家穆尔在1949年也连续见到了两次月面上发出的辉光。1958年11月3日和4日,苏联普耳科沃夫天文台的科兹洛夫见到阿尔芬斯环形山的中央峰上有粉红色的喷发现象,并持续了大约半小时之久。他拍下了这次喷发的光谱照片,这是月面暂现现象的第一个科学依据。接着,1963年,洛韦耳天文台也在月面同一地区发现了红色的亮斑……进入空间探测时代后,登月的宇航员也有类似的发现。第一个踏上月面的阿姆斯特朗在1969年7月20日登月前夕,曾向地面指挥中心报告:“我正从北面俯视着阿里斯塔克环形山,那儿有个地方显然比周围区域明亮得多,仿佛正在发出一种淡淡的荧光。”
而同一时刻,有两名德国天文爱好者也向柏林天文台报告,他们见到阿里斯塔克环形山的西北部在发光。1992年我国广西也有两名天文爱好者用小型望远镜发现了危海边缘有红光闪烁,长达十多分钟。
据统计,月面暂现现象多数集中在阿里斯塔克及阿尔芬斯两个环形山区域,每处有三四百起,其次是在月面洼地的边缘地区。这些辉光亮暗不一,寿命也有长有短(平均为20分钟左右),涉及的范围大约有几十千米。
对于月面暂现现象,现在几乎已经没有争议了,但其产生的原因却至今不明。有人认为月面上还存在着少量的活火山,是它们的活动造成了这一切;有人认为是太阳风作用于月球造成的荧光;还有人猜测是某种摩擦放电形成的电火花;有些天文学家提出,这是地球对月球的潮汐作用引起的,因为地球对月球的引力要比月球对地球的引力大80多倍;当然也有人把它与“月球人”扯在一起……
其实,月面的各种具体现象,可能是由不同的原因引起的,不能一概而论。
例如环形山的变化可能是陨星的轰击引起的。“阿波罗14号”宇航员在登月时,曾在月球上安置了许多种科学仪器,它们曾真实记录了一次月面暂现现象:
1972年5月13日,一颗大陨星轰然落在仪器附近的月面上,它与月面的猛烈撞击,使月岩四处飞溅。由于月面重力较小,飞溅过程持续了将近一分钟。事后,陨星撞击处出现了一个直径大约为几十米的坑洞,大小可与足球场相比,当时的4个月震仪都记下了月震曲线。据测算,其能量相当于爆炸1000吨TNT炸药。可以设想,如果陨星较大,是可以毁灭一个较大的环形山的。而有些辉光则是地球对月球的潮汐力造成的,它使月面上某些区域的引力陡增,使月壳内部的气体逸散出来,扬起细细的月尘,在阳光的映射下,就变成我们见到的那些神奇的辉光了。
月球旋转能量来源
地球和月球之间的作用力主要是引力,现在所知道的事实是月球离地球越来越远,如果将月球围绕地球的运动近似地看做是匀速圆周运动的话,那么有可能是地球对月球的作用力的减弱导致地月距离的增加———即地球放松了对月球的拉力,从而使月球依照惯性向更远的轨道离去,那么,是什么因素导致了地球对月球的作用力减弱呢?还有一种可能是月球围绕地球的运动速率的提高导致了月球向更远的轨道离去。同样,是什么因素导致了这个速率的提高呢?
这些和潮汐作用有着怎样的联系呢?接下来让我们一起来找出答案。
月球逐渐逃离地球
地球上海水的潮汐是由于月球对地球的起潮力所引起的,仿佛是一种小小的“刹车片”,其长远影响是使地球自转速度逐渐变慢,地球的自转能量被月球一点点地“偷”走了,因此每一百年地球自转周期就要减慢1.5毫秒。这是月球对地球的一道枷锁,紧紧地拉着地球,会使得现代的人们更加感觉度日如年,坐如针毡。