科学家解开月球神秘重力异常之谜

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近日两艘宇宙飞船细致的描绘了月球的引力场，从而帮助天文学家解开了长久以来的有关月球引力的谜题。科学家小组利用了美国宇航局双子圣杯探测器搜集的数据，从而搜集隐藏在月球表面以下的有关质量的奇怪集中分布的新细节。这两枚探测器于2012年12月以撞击月球的方式结束了它们整整一年的引力描绘任务。这些地质结构被称为质量密集（mascons），它们是如此密集以至于改变了月球的引力场，引起扰动甚至能够拖拽宇宙飞船降低自身运行轨道，或者推动宇宙飞船远离环绕月球轨道。

质量密集现象最早发现于20世纪60年代，当时美国宇航局有关官员正在为阿波罗月球项目做准备，这些引力异常发生的原因仍是未知数，美国印第安纳州普渡大学西拉法叶校区的地球物理学家杰·梅洛许（Jay Melosh）这样说道，他也是这篇发表在5月30日的科学期刊上的最新研究的主要作者。

“当首次发现质量密集时，它们不过被认为是碍航危险物而已，” 梅洛许说道。“但它对阿波罗项目的计划者来说的确是非常恼人的事物——就像海洋里的礁石，计划者必须试图避免这些事物，做出完备的计划。”

通过描绘月球的引力场，圣杯探测器能够确定月球质量密集的位置，并提供月球内部结构前所未有的新视野。这将帮助科学家研究两大盆地——分别位于月球近侧和远侧的盆地——从而能建立成熟的电脑模型分析质量密集是如何形成的。

小行星撞击

几十亿年前，巨大的小行星撞击月球并留下非常深的陨石坑，直达位于稀薄月壳下的地幔材料。直到现在科学家仍无法解释这些巨大的撞击点是如何支持这些异常密集的材料，以及这些盆地的引力场是如何处于这样的非均衡状态，梅洛许说道。

“最初，质量密集的问题似乎有一个非常简单的解决方法，”研究合作作者、美国科罗拉多州哥登科罗拉多矿业大学地球物理学院的助理教授杰夫·安德鲁斯-汉纳(Jeff Andrews-Hanna)说道。“月球近侧的质量密集盆地部分被古代密集火山熔岩流所填满，这似乎解释了该地区为何会出现质量过剩以及积极的重力异常。”

“然而，很快科学家发现在有些盆地，所观测到的熔岩明显太过稀薄，完全无法解释该盆地质量过度的问题，” 安德鲁斯-汉纳说道。“甚至有些盆地表现出质量异常密集，但几乎没有火山熔岩浆填充。”

研究人员确定古代小行星撞击月球上留下了巨大的陨石坑，从而导致陨石坑周围的月球物质以及月球地幔的岩石开始熔化并向内坍塌。这些熔化使得物质变得越来越密集且越来越集中，研究人员这样表示。

“随着炙热的物质冷却，月球表面也开始冷却，物质变得更加坚硬，能够支撑月球地幔超级密集的物质载重。” 梅洛许解释道。这些强大的月壳逐渐塌陷至撞击洞孔内，最终形成盆地周围弯曲但坚硬的边界，以支撑下方密集的物质。

这些月球地图展示了美国宇航局圣杯项目测量到的重力异常。

建立新模型

梅洛许和他的同事利用月球质量分布的数据建立了一个电脑模型模拟几十亿年前月壳和月球地幔的行为特征。这些模型使得研究人员能够一瞥巨大小行星撞击余波后月球的质量密集是如何形成的。

这项新研究的结果还能够提供更多有关月球动态性进化的新见解，评论这项发现的科学期刊编辑作者、美国马里兰大学帕克分校地质学院的助理教授劳伦·蒙特西（Laurent Montesi）这样说道。

“这项发现让我们能够精确的调查究竟是什么导致质量密集的存在或者缺失，” 蒙特西说道。“现在我们对月球的内部已经有所了解，我们能够借助这一模型研究其它星球上的质量密集和热状态。”

据称质量密集也存在火星和水星上，但并不存在于地球，这是因为小行星撞击地球以及由此产生的陨石坑不够大，因此无法搅拌地球地幔处的物质。即便如此，理解质量密集的形成仍能够为天文学家提供巨大撞击是如何改变行星和卫星地质情况的更确凿的理解。

“我们现在知道古代月球一定比现在更加炙热，月壳也比我们所预想的更稀薄，” 梅洛许说道。“这是我们第一次能够通过产生的陨石坑和该地区的引力特征来推算出撞击月球的小行星大小。”我们现在能够通过这一工具了解更多巨大小行星撞击以及古代地球可能面临的情况。