书城科普读物神秘的太空世界丛书:飞向月球
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第2章 神奇的月球(2)

月球表面的辐射纹辐射纹是以环形山为辐射点向四面八方延伸的亮带,目前已发现有50多个较大的环形山具有辐射纹,其中以第谷环形山和哥白尼环形山辐射纹特别醒目。位于南极附近的第谷环形山直径85千米,高4850千米,它的辐射纹特别美丽,12条向外延伸的辐射纹,有如“五爪金龙”匍匐的月面上,似在喘息,又似在跃起前的瞬间。其中最长的一条辐射纹长1800千米,在满月时尤为壮观,用双筒望远镜就可以看到。

位于风暴洋一侧的哥白尼环形山直径90千米,高3000多米,中心区有3座小山。它的辐射纹也十分清晰,其中最长的一条伸至1200千米之外。

科学家们认为,辐射纹是由降落到月面上的小天体猛烈撞击引起的,它与中心的环形山应同时生成。辐射纹可能是从撞击区以极低角度溅射出去的明亮物质和暗色物质的混合物。保留辐射纹的环形山应比较年轻,布鲁诺环形山形成至今大概只有几亿年,而大多数的环形山是在十几亿年甚至几十亿年前生成的,它们的辐射纹在后期的撞击事件和太阳风等的作用下会逐渐变暗,难于保留至今。月球上山峰的阴影是由于太阳照射形成的月球的背面,展现的是另一番景象。

丰富的矿产资源

月球有着极其丰富的矿产资源,目前月球上已知有100多种矿物,其中有5种是地球上没有的。

月球是一个庞大无比的金属仓库。以铁为例,根据对月球物质的化验,月面最表层的5厘米厚的沙土里就含有400亿吨铁,而整个月球表面有平均10米厚的沙土。这样,月面表层里的铁的总含量就将是400亿吨的200倍,而且是一种比较单纯的铁矿物,既便于开采,又易于冶炼。

在月球广泛分布的岩石中,蕴藏有丰富的钛、铁、铀、钍、稀土、镁、磷、硅、钠、钾、镍、铬、锰等矿物。仅月海玄武岩中,可开采利用的钛金属至少就有100万亿吨。月壤中有丰富的铝、铁、硅等,可用来直接生产建筑材料。

月球风暴洋

月球风暴洋中玄武岩上面覆盖着一层厚度达10~20千米的克里普岩,该岩石含有丰富的稀土元素,并富含铀、钍等放射性元素。根据专家的估算,在月球风暴洋区的克里普岩中,稀土元素高达2250亿~4500亿吨。

月球高地的斜长岩,是所有月球岩石中分布最广、最为丰富的一类岩石,其中富含硅、铝、钙等资源,储量更为可观。

在月球上还发现有多种自然金属,如含钴的镍金属、铁金属和镍铁金属,而在地球上很少会存在自然状态的金属(尤其是铁),只能存在于各种形式的氧化物矿物中。科学家在月球岩石样品中发现了一层很薄的未被氧化的纯铁薄膜,他们原以为这种铁在地球条件下会立即氧化生锈。可是,经过试验发现,这种铁并没有被氧化,这是因为其纯度非常高。如此高纯度的铁,对人类非常有用,而在地球上根本冶炼不出来。

另外,俄罗斯科学院矿床地质学、岩石学、矿物学和地球化学研究所的科研人员在对月球土壤样品研究中惊异地发现,月球土壤中含有3种天然金属元素:铈、铼、锌。

陨石据悉,科研人员研究的月球土壤样品是1976年前苏联月球自动探测器“月球24”号从月球表面取回的,总量有324克。

研究人员借助扫描电子显微镜,采用新的方法对样品进行了仔细研究。被研究的样品呈颗粒状,大小约74微米,是细碎的岩石。

研究者惊异地发现,样品含有天然金属铈,颗粒大小25微米左右,亮度很高。除铈金属外,研究人员还在月球土壤中找到了两种大小分别约为5微米和9微米且相对比较亮的金属铼颗粒,并发现了微米级的天然锌颗粒。后来在陨石AIIende中也曾发现过。

研究人员认为,铼也是由撞击月球的陨石带进月球的。

科研人员还指出,在地球上天然锌一般会含在铂金或金砂矿中。月球表层土壤中的锌可能是在月球火山发生爆发时形成的,因为月球里面含有锌,火山爆发时锌就被岩浆带到了月球表层。

现在,科研人员肯定了这项发现的真实性,并否定了月球土壤样品被外来物污染的可能性。因为在过去20多年的时间里科研人员采取非常安全可靠的保管措施,样品不可能被污染。

这一发现对月球形成在太阳系之外的假设提供了有力证据。

地月距离到底多远

美国科学家将采用一种长达2390000英里(约385000千米)的新型光学“卷尺”对月球和地球之间的距离进行测量,此种方法测量的误差将在毫米之内。

孤星伴月据天文学家此前的测量结果,月心与地心间的距离约为238700英里(384000多千米)。早在20世纪70年代,经过科学家们的努力,月地距离的误差仅为25厘米,随着科学技术的发展,到80年代中期这一误差再次缩短到了不到2厘米。美国西雅图大学的一个研究小组希望通过其努力,能够将这一数字限定在毫米范围之内。

这次测量中,科学家们计划使用的工具包括1个天文望远镜、1束光柱和此前登月行动中留在月球之上的一些反射体。这一方法将会为人们提供一个目前为止精确的月地距离数字。

美国的一个研究小组将在新墨西哥州阿帕奇角的一个直径为3.5米的天文望远镜上安装一个可以发送10亿瓦特的激光发射器,数个“激光子弹”将通过发射器射向月球表面的一个“反射器”。这个反射器是由“阿波罗”航天飞机和前苏联无人航天飞机分别通过3次和2次登月活动在月球表面安装的,由100~300个具有反射功能的棱柱组成。科学家们通过对光柱往返月球和地球之间的时间进行测量就可以计算出准确的月地距离。

尽管此次发射的激光将有极大的能量,但是当它到达月球表面时的直径也将会有2千米之大。再经过反射回到地球的光柱,直径很有可能达到大约15千米(93英里)。

目前,科学家已经确认地月距离为38万千米,然而2007年阴历正月十五元宵节的月亮看起来要比往常偏小10%左右,原因是什么,其实是地月距离发生变化了。天文学家介绍说,月球在正月十二到达距离地球最远的远地点,月地距离为406万千米。到元宵节当天,月球稍微靠近地球,但月地距离仍有40万千米左右,因此这天晚上所见的月亮会显得小了不少。另据了解,还有另一天文奇观,正月十五晚月亮从狮子星座最亮的恒星“轩辕十四”北边仅3度(角距离)的地方通过,肉眼可见“轩辕十四”,此种天象被称为“孤星伴月”。

月球是如何形成的

月球的起源是个十分古老的问题,但直到现在仍没人能作出正确解释。将18世纪以来的月球起源假说归纳起来,可以分为3类,即同源说、分裂说和俘获说。

同源说也叫同根兄弟说。这一理论认为,地球和月球均是在宇宙大爆炸后由同一块星云形成的,由于天体力场的作用,两者没有聚合形成一个整体,反而被扯成两块,各自形成现在的地球和月球,由于地球体积和重量远大于月球,所以后来月球在地球引力的作用下,逐渐成为地球的一颗卫星,这对“同根兄弟”遥遥相伴苍穹已达几十亿年。

分裂说可以比喻为慈母游子说。这一理论认为,地球由于受到外来行星的冲击而向太空中抛出了大量的物质,冷却后形成尘埃,这些尘埃在地球引力和太阳系其他星体引力的作用之下形成了后来的月球。同源说示意图这一理论也就是“大冲撞”假说。有人还曾拿月球的体积与大西洋的体积作了比较,认为两者体积相差无几,说不定,几十亿年前,月球只是地球“妈妈”腹中的一个“小宝宝”,不料,飞来横祸,母子分离,永难再互相依偎,“母亲”只落得满腹“苦水”。

有人将俘获说形容为苦命鸳鸯说。这一理论认为,月球此前可能是太阳系或外星系的一颗行星,后来不幸落入地球和太阳的力场中,逐渐为地球所“征服”,成为地球的一颗卫星。但这对“夫妻”自从“相识”并相邻而居以来,就从来没有亲密地接触过,它们相互间的排斥力使它们只能“相视”,而无法“牵手”,几十亿年来,只能默默地忍受上天的残酷安排。

这三种理论都难以自圆其说。同源说是最早出现的一种月球起源假说,它认为月球和地球具有相同的起源,在这种情况下,地球和月球应该拥有相同的物质构成,但是月岩显示的情况并非如此;分裂说则认为在太阳系形成初期,地球还处于熔融状态时,旋转得非常快,以致有一部分物质被甩出去后形成了月球,然而,地球的旋转从未有快到能发生这样的事情之时;继同源说和分裂说之后提出的俘获说似乎也太巧合了,理由也不充分。

20世纪80年代中期,一位美国天文学家提出了一个崭新的月球成因假说。他认为,在太阳系早期,大约在相当于目前地月系统存在的空间范围内,形成了一个原始地球和一个火星般大小的天体,它们在各自的演化中均形成了以铁为主的金属核和以硅酸盐为主的幔及壳。一个偶然的机会这两个天体撞在了一起,地球被撞出了轨道,火星大小的天体也碎裂了,飞离的气体、尘埃受地球的引力落在地球的周围,最后滚雪球般地形成了月球。这种假说得到了一些地质化学、地质物理学实验的支持,但还没有被最终确认。

几年以前,科学家们又提出了一种新理论,用来说明地球和其他星球形成以后,月球是如何形成的。他们假设有一颗约有地球1/10大小的星球经过地球附近,而又未被地球的引力所俘获,此时这颗星球就有可能斜向重撞在地球上,并在撞下地球的一块后自行离开。科学家们设计了一种计算机程序,它可以显示如果这样的星球果真撞击了地球,会有什么现象发生。结果表明将会形成像月球般大小的天体,这一天体由地球的外层物质构成,而不含有地球的内层物质,这就既解释了月球的成因,又可以解释为什么月球不具有和地球相同的成分。

发现水的踪迹

自1976年前苏联向月球发射了最后一颗探测器后,在很长一段时间里,人类没有再对月球进行过“专访”。但这并不表明人类放弃了月球,科学家和月球发烧友们一直对月球心驰神往。

1990年1月24日,日本发射了名为“飞天”号的月球探测器,成为继苏、美之后第三个向月球轨道发射航天器的国家。

1994年1月21日,美国用“大力神”号火箭从范登堡空军基地发射了由美国和美国国防部联合研制的、用以试验导弹跟踪和“星球大战”传感器技术的“克莱门汀1”号探测器。在绕月运行过程中,该探测器详细测绘了月球表面图像,测量了月面40多处盆地的地貌、月球引力分布情况以及环形山壁层之间的变化,从而使科学家们进一步了解了月球构造的形成。最令人惊喜的是,在用雷达信号测量月球陨石坑深度时,“克莱门汀1”号意外地发现了一个小的湖状冰块,它处于月球南极背阴面一个面积为塞浦路斯共和国的两倍、深12000米(这一深度远远超过地球最高峰——珠穆朗玛峰的高度)的巨大陨石坑——艾特肯盆地的底部。这些冰是凝固的水冰,而不是其他一些液体或气体凝固成的“冰”。

月球上发现了水的踪迹!这一消息立即引起了科学家们的极大兴趣,也引起了人们的广泛关注。为了证实月球上是否真的有水源,1998年1月6日,“雅典娜2”号运载火箭从卡纳维拉尔角发射场升空,把月球“勘测者”号探测器送入了飞向月球的轨道。该探测器同时还担负着测绘月球地貌,发现其中的矿藏,并研究其地质构造的任务。这是自1972年12月“阿波罗17”号的航天员在月面上最后一次登陆以来,美国第一次向月球发射航天器对其进行全面考察。

月球“勘测者”号探测器的外观呈圆筒状,高12米,直径14米,重295千克。它上面携带了中子光谱仪、γ射线光谱仪、α粒子光谱仪等先进的探测仪器。其中中子光谱仪用来回答月球是否有水这一人们最关心,也最为重要的问题。

飞过了地月间38万千米的距离后,月球“勘测者”号于1998年1月13日进入环月轨道,开始在距月球100千米的上空进行考察。月球“勘测者”号果然不负众望,它用所探测到的数据为月球上水的存在提供了较为确凿的证据。这些数据表明,在月球的北极和南极阴冷的地区很可能有水冰存在。

月球“勘测者”号的发现间接地证实了“克莱门汀1”号探测器1994年的探测结果。不过,月球上的冰并不是人们原来想象的那样以厚厚的极地冰盖形式存在,而是以非常低的密度和月球尘土混杂在一起,贮存在南北两极大量的陨石坑的底部,大约有60亿吨。

根据设计,月球“勘测者”号的燃料会在1999年8月1日消耗殆尽,但科学家们不想让它白白等死,而是为它设计了一个轰轰烈烈的结局——在人类可能对其失去控制的前一天令它撞向月面。