月球在不断收缩?这可能证明月球还“活着”

断层处的陡坡(或悬崖)就像是月球景致中的台阶一般(指向朝左的白箭头),由近月表壳层相互碰撞挤压、断裂皱起而形成,并在月球逐渐冷却收缩的过程中沿断层向上推动。...

月球看起来更像是一个“死寂”的世界:没有任何生命迹象的存在;几乎所有的火山活动也在数十亿年前走到了尽头;就连最年轻的月球熔岩也年事已高,早已布满疤痕——长期的宇宙碎片撞击形成的无数陨石坑。

自50年前的阿波罗(Apollo)时代以来,就已经有迹象暗示月球在地质上并没有完全“死亡”。阿波罗12、14、15和16号任务均在月球表面留下了“月震探测器”(月球地震仪),它们一直到1977年都在正常工作,向地球传回的数据显示了内部“月震”(moonquake)引起的月表震动,其中强度较大的月震相当于5级地震。但是,这些震颤到底是由实际移动的断层引发的月球表面破裂,还是纯粹的内部运动引起的,一直没有人能给出肯定的说法。

现在,一项发表在《自然地球科学》(Nature Geoscience)期刊上的新研究表明,如今的月球可能确实存在着活跃的断层。

月球在不断收缩?这可能证明月球还“活着”

图中的月球地震仪由阿波罗14号部署在月球表面

版权:NASA

另一条显示月球上仍然进行着某种活动的线索来自1972年,阿波罗17号的宇航员吉恩塞尔南(Gene Cernan)和杰克施密特(Jack Schmitt)观察到了月球表面一处几十米高的地形结构,他们称其为“李-林肯陡坡”(Lee-Lincoln scarp)。他们以及地面上的顾问团队认为,这个特别的地形可能是一个地质断层(地壳受力发生断裂,沿破裂面两侧的岩块发生显著相对位移形成的构造),但他们对此也不完全确定。

月球在不断收缩?这可能证明月球还“活着”

李-林肯陡坡一直延伸至谷底,然后突然转弯,切断了图片右方的山谷一侧

版权:NASA阿波罗17号图像库(框架AS17-137-20897)

阿波罗飞船在月球赤道附近的轨道上拍摄了一组图片,其中也存在一些类似的例子,但是直到2010年月球勘测轨道飞行器相机(Lunar Reconniassance Orbiter Camera,LROC)的出现,月球表面精确度小于一米的细节得到了较好的记录,我们才发现这样的陡坡布满了整个月球表面。

月球在不断收缩?这可能证明月球还“活着”

LROC拍摄到了上千个陡坡,这个凸出的月球叶状推力断层陡坡就是其中之一。断层处的陡坡(或悬崖)就像是月球景致中的台阶一般(指向朝左的白箭头),由近月表壳层相互碰撞挤压、断裂皱起而形成,并在月球逐渐冷却收缩的过程中沿断层向上推动。在陡坡表面以及背面(陡坡的高侧,指向朝右的箭头)。图像来自LROC NAC,框架为M190844037LR。

版权:NASA/戈达德航天中心/亚利桑那州立大学(Arizona State University)/史密森学会(Smithsonian Institution)

学界现在普遍认同这些属于逆冲断层(thrust fault),月球从最初形成的高温状态逐渐冷却下来的过程中,就会有逆冲断层的形成。正如观测结果显示的那样,“热收缩”(thermal contraction)会让月球体积缩小,月表受到挤压变形,就像葡萄表面收缩变成葡萄干一样:这意味着月球正处于幅度较小的收缩状态。然而,逆冲断层并不一定就是活跃的,也就是说逆冲断层不一定会引起更多的月球震动。

在过去几亿年的时间里,月球半径缩小了大概50米。除了月球,水星其实也在收缩,并且收缩的幅度还挺大:在过去的三百万年里半径减小了7千米;而水星上最大的陡坡则比月球上的大了一百来倍。

分析表明,这些断层相对来说还很“年轻”,年龄都不超过五千万岁。但是,年轻的它们是否仍处于活跃状态,如今又是否还在活动呢?在一项新的研究中,美国史密森学会(Smithsonian Institution)的汤姆沃特斯(Tom Waters)和同事采用了一种比此前所有可能的方法更精确的新方法,确定了阿波罗数据中近月表的月震位置。

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这段李-林肯陡坡视频由月球勘测轨道飞行器拍摄的照片和高程映射创建而成。李-林肯陡坡是一处低矮的山脊,高约80米,由南至北穿过金牛-利特罗峡谷(Taurus-Littrow valley,阿波罗17号的登月着陆点)的西侧谷底,标志着相对年轻低角度逆冲断层的位置。当月壳收缩时,断层以西的月表被挤压向上越过东侧。5月13日发表在《自然地球科学》的一篇论文表明,这一类断层仍然处于活跃状态,如今仍能触发月震。

版权:NASA/戈达德航天中心(Goddard Space Flight Center,GSFC)/SVS/厄尼莱特(Ernie Wright)

研究团队发现,在探测到的28个浅层月震中:有8个月震与断层陡坡非常接近(相距不超过30千米),表明这些可能确实是活跃的断层;有6个月震的发生时间,是在月球距离地球几乎最远的时候,在月球的“远地点”,月表的收缩应力理论上会达到峰值,月震也就最有可能在此时被触发。

研究团队还考察了一些新形成的痕迹,它们很可能是由月面震动推走巨石而留下的,原因是这些痕迹离断层陡坡很近,可能有一些石块从陡坡上滚下来又在低处弹了几下形成的。除此之外,还有一些滑坡塌方的沉积痕迹。研究人员说,这些都是强有力的证据,表明了月球上仍进行着活跃的地质运动。

金牛-利特罗峡谷是阿波罗17号的着陆点(图中星号位置)。穿过山谷,在着陆点的正上方就是李-林肯断层陡坡。断层运动可能是导致峡谷形成的多次月震事件起因。

1)南中央脊(South Massif)斜坡上的大型滑坡在李-林肯陡坡的上方和坡面上覆盖了颜色相对明亮的岩石和尘埃(风化层)。

2)从北中央脊(North Massif)上滚下来的巨石,在北中央脊斜坡上的风化层中留下了细窄的轨迹或槽谷。

3)刻蚀坡(Sculptured Hills)东南斜坡上的滑坡。

版权:NASA/GSFC/亚利桑那州立大学/史密森学会

这是否意味着,人类探月还存在一定的安全风险?美国最近宣布要在未来五年内将人类送上月球,并确立了建造月球空间基地的目标。值得庆幸的是,新的发现里并没有任何证据表明月球上还会持续有月震发生。相比地震,月震的发生几率要小得多,月震幅度也会弱得多;但是在确定月球基地的选址时,最好还是避开那些靠近断层的位置。

参考:

[1] https://www.nature.com/articles/s41561-019-0362-2

[2] https://www.nasa.gov/press-release/goddard/2019/moonquakes

[3]https://theconversation.com/the-moon-is-still-geologically-active-study-suggests-116768

[4]https://www.nasa.gov/mission_pages/LRO/news/shrinking-moon.html

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