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为什么科学家开始担心月球缩小

2024-02-11科学

数亿年来,我们的月亮一直在缩小,就像一颗慢慢变成葡萄干的水果。现在,科学家们指出,这种周长的减小导致了浅层月震的发生,其中一些地点可能是美国宇航局计划的人类登月任务的附近。

「很多人普遍认为月球是一个地质上死气沉沉的天体,月球上的一切似乎永远不会改变,」月球地质学家汤姆·沃特斯说道。「但事实上,月球是一个地震活跃的天体。」

对月震的研究可以追溯到阿波罗时代。 50多年前,宇航员在月球表面近侧放置了地震仪,以记录震动。最强烈的浅层地震发生在月球南极附近,靠近美国宇航局计划的阿尔忒弥斯三号任务的着陆点。月球南极地区备受关注,因为它含有永久阴影区域,一些科学家推测这些区域可能存在水基冰。

在一项新的研究中,沃特斯和他的团队指出,这些强烈的地震与一组当前仍在活跃的断层有关,这些断层是在月球缩小的过程中形成的。根据他们的模型,该地区的地震可能会引发松散岩石和周围陨石坑的灰尘,导致山体滑坡。

其他研究人员表示,我们仍然缺乏足够的信息来确定登陆月球的危险地点。

月球的缩小是可以测量的,但幅度很小。在过去的几亿年里,月球的直径缩小了大约 150英尺。这种收缩主要是由于月球内部熔融核心的自然冷却导致的。随着核心冷却,月球表面逐渐收缩并适应体积的变化。随着收缩,地壳的一部分被挤压在一起,形成了称为逆冲断层的山脊。

地球对月球的引力也会对月球表面施加压力,并增加地壳的应力,从而有助于形成这些逆冲断层。

但地球不会经历月球那样的收缩。尽管我们地球的熔融核心也在冷却,但地壳由多个构造板块组成,而不像月球那样只有一个板块。沃特斯说,地球核心的能量传输会移动这些板块,或者通过火山喷发释放。

月球的缩小对地球的影响微乎其微。例如,月球的大小变化不会影响日食的发生。月球的质量也没有改变,因此地球的潮汐也不会受到影响。

沃特斯表示,人们不必担心月球的收缩,除非我们计划移居到那里。

「这并不是要阻止人们探索月球的南极,」美国国家航空航天博物馆地球与行星研究中心的资深科学家沃特斯说。「但这是为了确保人们了解,这并不是一个无害的环境。」

与地球上类似,这些断层通常与地震活动相关。逆冲断层可能看起来像几十米高的墙壁,可以被探测到,但肯定不是山。随着美国宇航局月球勘测轨道飞行器的高分辨率图像,现在已经在月球上发现了数千个小型逆冲断层。沃特斯说,它们仍然保留在地表上,没有被侵蚀掉,这意味着它们一定是年轻的,可能还很活跃。

在定位逆冲断层的图像中,研究

团队重新分析了来自阿波罗地震仪的数据。通过一种算法,他们能够确定可能导致月震的逆冲断层。他们发现最大的地震 - 南极附近里氏5级的地震 - 与一组可能仍然活跃的断层相关联。

「没有理由认为它们目前处于非活跃状态,因为我们知道月球仍然很热,它的内部仍在冷却,」沃特斯说道。

为了评估潜在的破坏,该团队对南极地区的地表坡度进行了建模,以确定哪些地区更容易受到地震引发的山体滑坡的影响。他们发现一些斜坡,特别是在永久阴影区域,例如沙克尔顿陨石坑,这是美国宇航局阿尔忒弥斯三号任务的潜在着陆点之一,比其他地区更容易发生山体滑坡。即使是轻微的摇晃也足以引发陡峭墙壁上的山体滑坡。

「虽然这不是大量材料,但它仍然相当重要,你不会想要靠近它,」沃特斯说道。

月震在几个关键方面与地震不同。它们在月球上可能持续更长的时间,有时长达数小时。由于月球的引力较弱,月球上的地震也比地球上的地震强度更大。沃特斯说,即使是轻微的摇晃也会让你难以站立。

这项研究提供了 「更多的证据表明存在月震,其中一些可能相对较大,」地球物理学家艾伦·哈斯克说,他并未参与该研究。月球的收缩和来自地球的引力的结合「使得这些月震比我们之前想象的更为强烈」。

尽管地震可能很强烈,但并不经常发生。哈斯克的研究估计,整个月球表面平均每 100天发生一次浅层月震。如果地震发生在宇航员登陆的地方,那将是非常罕见的。

「如果我们计划建造一个前哨站来探索甚至居住在月球上,这种危险就变得非常重要了 - 就像在地震多发地区加固建筑物一样,」加州理工学院研究员哈斯克说。「如果我们能像在地球上那样制定这些地图,那么我们就可以避免这种情况。」

然而,并不是每个人都相信这种潜在的危险。在 2022年发布的一项独立研究中,得出的结论是这些逆冲断层引发的浅层月震将比这项新研究描述的要弱。并且这种现象也不会影响月球上的许多区域,包括大多数阿尔忒弥斯三号任务的着陆点候选者。

2022年研究的作者森希尔·库马尔表示,尽管有新的研究,但他的「立场保持不变」。事实上,这项新研究提出的是「可能性之一」。

「现在讨论阿尔忒弥斯遗址的这种危险情况为时尚早,[这]可能会破坏月球基地,」印度海得拉巴国家地球物理研究所的研究员库马尔说道。

他表示,为了准确评估风险,科学界需要更深入地了解当地的实地条件、潜在月震源的特征以及地震波的传播条件。

获得这些细节的最佳方法可能是直接前往月球。