月球有哪些未解之谜

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本文选自《中国国家天文》杂志：月亮在古人的诗句中，充满着美好、浪漫而神秘的色彩。而在科学家的眼里，月球是一个充满谜团的真实天体。随着科技的发展，有关月球的科学谜题不断被解开，旧的认识不断被新发现推翻、补充或完善，新问题也不断涌现出来。那么，就让我们一起看看，科学家眼中的月球到底还有哪些谜团？

月球背面到底有什么

由上图可以看出，月球是被地球抓来的！

　　说到月球，首先要问的必然是：它是怎么来的?
　　到20世纪60年代末，有关月球的起源主要有三类假说，即分裂说(脱离地球而形成)、俘获说(地球通过地球引力将路过的一颗行星吸引过来)、共生说(地球和月球由形成太阳系的原始星云同一区域不同部分形成)。它们又被戏称为“母子说”、“夫妻说”、“兄弟说”。然而，随着当时美国“阿波罗”探月计划，带回大量月球样品，人们发现，以上学说都存在种种缺陷。
　　在上述三类假设都无法真正解开月球形成之谜的前提下，1975年，两位美国天文学家又提出了月球大碰撞说。这一假说认为，约在45亿年前，原始地球受到一个火星大小的天体撞击，撞击碎片在轨道中形成了月球。尽管这一假说得到许多科学家认可，不过，这需要进一步得探测和验证。
　　尤其是，亿万年来，月亮朝向我们的面容亘古不变。而月球背面到底有什么，一直是个谜。直到1959年，苏联的“月球”3号探测器才揭开了月球背面的神秘面纱：那里布满较高的山脉、悬崖，而月球正面在总体上比较低平。


　　据测量，月球背面的海拔高出月球平均海拔约1900米。
　　有爱好者猜想：很可能远古时期的地球拥有两个月亮，一个是我们今天看到的月球，另一个非常微小，位于地球和大月亮的一个引力平衡位置(拉格郎日点)上。三者形成了一个稳定的等边三角形。后来，它们的轨道位置失去稳定，两个月亮发生了灾难性的碰撞，从而形成了怪异的月背。
　　这场撞击在大月亮表面上形成了大量的物质飞溅，覆盖了数十公里厚的尘埃层，从而使月亮的一面比另一面更为平坦。与此同时，巨大的碰撞还会压扁月表下的岩浆洋，将大量的磷、稀土金属，放射性钾、铀、钍等元素高度集中在一起。
　　

奇异的月尘运动

　　月球表面覆盖的厚厚的尘土，我们称之为月尘。月尘是陨石体反复撞击月球产生的未黏结的颗粒物质。
　　自1969年7月美国“阿波罗12”号载人登月以来，月尘就被视为月球上的头号环境问题。后来，“阿波罗17”号航天员尤金·塞尔南曾说：“我认为月尘是我们在月球上工作遇到的最大的障碍之一，我们可以克服其他生理问题、物理问题，和机械问题，但很难克服月尘带来的问题。”
　

　除了月尘对航天员生命健康的威胁和对航天器的磨损、破坏，月尘运动中的一些奇特现象，也引起了科学家的关注。
　　月球没有大气层，理论上，月尘在月面上是不会飘扬起来的。但多次探测表明，月尘在月面上是运动的，而且不同时间、不同方向的运动特性、运动速度也不一样。
　　1972年，“阿波罗17”在着陆点开展月球溅射物与陨石试验时，获得了月尘运动的直接证据。1994年，美国发射的“克莱门汀”探测器，再次拍到了月球的辉光现象。
　　月球上没有大气，在没有风的条件下，月球尘埃是如何悬浮迁移的呢?后来的研究表明，原来，月球的光照区，尘埃颗粒带正电，在阴暗区带负电。带同种电荷的尘埃颗粒互相排斥，并发生悬浮，在近月表面形成全球性静电场。在月表微重力条件下，带电尘埃颗粒在电场中加速，向高空抛射。抛射的尘埃颗粒散射太阳光，就形成了辉光现象。
　　在地球上，如果我们身上沾染了尘土，用手拍一拍就可以除掉，但在月球上则不然。由于月尘类似石英的硅化物组成，它们极其细腻，如同粉末一般，一旦附着在航天员的靴子、手套，以及仪器等物体上，便很难清除。

　　由于带电，附着在航天服、航天器的各种表面上的月尘可能引起很多故障，包括机械结构卡死、密封机构失效、光学系统灵敏度下降等。
　　在月球上活动，航天员必须花费大量宝贵的时间来清除表面上的月尘，然而，使用刷子清除尘埃不仅十分困难，还容易擦伤器件表面。

月面上那些神秘的闪光

　　英国史书记载，1178年6月25日晚，英国坎特伯雷的5位修道士看到了让人瞠目结舌的一幕：新月的一角突然裂成两半，火焰从裂缝中部腾空而起，火星飞溅。有人认为，这是一次大规模的月面闪光事件。
　　月球表面有时会突然出现红光或耀眼的白光，闪光的持续时间不一，从几分钟到几个小时不等。早在1787年，英国天文学家赫歇尔，就曾观察到月球表面的红色闪光。到目前为止，人类已经记录到的“月面闪光现象”数以千计。这些神秘的闪光是什么?


　　有科学家认为，月面闪光是月球火山爆发引起的。但这个观点遭到很多科学家的反对，因为不论是在地面观测，还是航天员亲临月球考察，都没有在月球上发现火山活动。
　　1963年11月，在开普勒环形山附近，观察到了面积超过1万平方公里的红色发光现象，科学家们认为，那么大的发光现象，不可能是月球内部爆发引起的，很可能是太阳辐射造成的。但是，如果太阳引起了月面闪光，那么，这种发光现象应该有周期性。在太阳活动剧烈的年份里，月面闪光也应该更加频繁，但实际并非如此。
　　1985年，又有学者观察到，许多月面闪光位于月球昼夜明暗界限附近，并因此提出月岩膨胀说。该学者认为，由于月球没有大气层，当一些地区从黑夜变为白天时，那部分的月面迅速升温，强烈的温度变化，使得月岩胀裂，被封闭在岩石下面的气体突然冲到月面，迅速膨胀，产生了明亮而短暂的发光现象。
　　但是，在没有阳光照射的月球的阴暗部分，有时也有闪光现象，这又怎样解释呢?
　　有科学家认为，这样的闪光是月球在排除废气，在很多环形山附近，都含有放射性元素气体，每隔一段时间就要排放一次，就像月球在“打嗝”一样。而根据探测数据，月面闪光最频繁的地方，确实也是月球“打嗝”最频繁的区域。
　　此外，从2005年开始，美国宇航局开始用仪器记录月面闪光，几年来已经拍到了300多次。2008年，美国宇航局专家经研究提出，月面闪光其实是流星撞击引发的爆炸。
　　也许，月面闪光现象本身非常复杂，不只是一种原因引起的。随着研究的深入，这些闪光的真相一定会浮出水面。
　　

月球上究竟有没有水

　　1961年，美国科学家肯里斯·沃森等人提出，月球极地一些撞击坑底部，因处于太阳照射不到的永久阴影区，温度常年维持在零下230℃左右。原始月球脱气作用产生的水，以及彗星撞击月球携带至月表来源的水，在这样的低温条件下，很可能会以水冰的形式长期保存下来。
　　遗憾的是，在月球水冰设想提出30余年间，无论是早期的绕月探测器、不载人的着陆探测器，以及“阿波罗”载人登月实地考察，还是月球样品和月球陨石在实验室内研究，都没有找到有水冰的确切证据。因此，大多数科学家认为，月球表面不存在任何形式的水。
　　但是，1994年，美国的“克莱门汀”号月球探测器通过雷达探测，发现月球南北极区的永久阴影区有水存在的信号。这一偶然的发现，再次掀起了月球水的争论，也因此掀起了探测月球水的热潮。
　　1998年1月7日，美国发射了“月球勘探者”号探测器，通过对其搭载的中子探测仪探测数据的计算表明，在月球两极地区存在丰富的氢，并据此认为，月球极区可能含有丰富的水冰，而且北极区域水冰比南极区域多。
　　虽然苏联科学家早在1948年就在“月球24”号送回地球的样品中发现存在0.1%的水，但美国科学家根本不认可这一结果。他们认为所有的“阿波罗”样品都不含水，苏联人发现的水是样品保存不当所致。
　　然而，随着精密分析技术的提高，“阿波罗”样品不含水的结论于2008年被推翻了：美国科学家通过对“阿波罗”样品进行分析，发现其与地球地幔中氢和水的分析结果相似，这说明，月球内部可能与地球的地幔一样存在大量的水。值得注意的是，他们在“阿波罗”样品中发现的氢含量，经计算后，得出的水含量与苏联科学家1978年宣布的结果一致。
　　但遗憾的是，到目前为止，科学家都是通过各种探测数据来分析、推理而得出月球上存在水冰的结论，而不是直接测量到水冰。月球水的疑云，至今仍未彻底消散。
　    附录：登月最后一人遗憾将相机留在月球表面
　　登月最后一人、“阿波罗17号”飞船指挥官尤金·塞尔南曾经透露，1972年12月登月时，他把一部相机留在月球表面上，希望未来宇航员有一天把它取回来，以便测量辐射水平。
　　如今，塞尔南对他的脚印依然是人类留在月球上的最后脚印表示遗憾。现年80岁的塞尔南说，他认为他的航行并没有结束，而是月球载人探索任务的开始。另外，他认为本世纪末宇航员会踏上火星。
　　但由于美国宇航局预算削减，计划在塞尔南登月任务后开展的3个未来任务被迫取消。现在，他承认把相机留在月球上可能是个错误。他说：“我把哈色勃莱德相机留在月球上，它的镜头指向极点。我的想法是，将来有一天有人能把它取回来，然后计算出镜头上的太空辐射衰减了多少。”
　　塞尔南呼吁加快载人太空探索计划的进程。他说：“我认为我们要先在月球上建造一个基地，这样一来，我们就能使用更先进的推进技术。我愿意去火星吗?是的。但我不愿花9个月时间到那里，然后再等上18个月才能回家。对于登陆火星而言，我们需要推进技术，使我们60天内抵达这颗红色行星，然后，在我们想回家时，不管花多长时间都可以返回。这需要离子和核动力推进系统。”