一年四季当中我们看到的月亮,都是一副面孔,你知道为什么吗,月亮的另外一面又是什么样子呢?我们都可以见到他,千古未变,说陌生是因为月亮展示在世人面前,永远是一副面孔,尽管歌词里面写到,月亮的脸悄悄地在改变,但好像月亮的脸却从来没有改变过,那么这是为什么呢,其实道理并不复杂,是因为地球和月球,存在着潮汐锁定的意思,是当空间中的某个物体,绕着另外一个特定的物体旋转的时候,物体自转一周的时间,刚好和它环绕的,另外一个天体的,旋转一周的时间是相同的,这样另一个特定物体,总是看到该物体的同一面,或者说这个物体被旋转环绕。

对于地月系统来说,月球一直在围绕地球转,月球大概每28天绕地球旋转一周,而月球旋转一周的时间,又恰好是28天,这样我们在地球上,就永远只能看到月球的一面了,或者说月球只有一面,地球潮汐锁定是非常常见的天文现象,经常出现在行星和它的卫星之间,但有的时候也可以发生,在太空中的其他天体之间,也正是由于潮汐锁定的原因,古人看到的月亮,和今天我们看到的月亮,都是一样的,而且它也不会因为地理位置的变化,而发生变化,也就是说我们在地球的南半球,北半球、东半球、西半球,我们看到的月亮其实都是一样的。

那么问题来了,我们如何才能知道,月亮的背面是什么样子呢?


(相关资料图)

要看到月亮的背面还真不容易,我们必须飞到它的背面去才能看得到,人类是在1959年的时候,在由苏联的探月卫星,第一次飞到了月球的背面,拍摄了一些照片,让我们的有机会一抹起芳容,所谓不看知道一看吓一跳,照片上看到的月球背面,和我们早已习惯的,月球的正面差别还是很大的,最明显的布满了大大小小的环形山,没有大片灰暗色的区域,亮度也要大一些,后来随着美国实施的阿波罗计划,以及我国实施的嫦娥探月工程等等,已经有数10个探月卫星,对月球进行了环绕探测,不管是拍摄了大量的照片,和测量了表面的地形高度,重力场表面温度矿物组成等等,使得我们可以全面了解月球的全貌,我国的嫦娥4号月球车,更是直接的降落到了月球的背面,并已经开展了3年多的探测活动,获得了大量的科学数据。

配图来自图虫网

那么这些探测数据显示,月球背面和正面的主要不同点,包括以下几个方面:

一是表面高差较大,如果用月球的平均半径画个圆的话,那么正面大部分区域的地形,要低于这个圆,而背面的地形线则要高于这个圆。二是颜色不同,正面整体的颜色是偏暗的,那些大片颜色较为灰暗的区域,被称为月海,而背面整体的颜色是要浅一些。三是两面的岩石类型和矿物组成不同,背面基本上颜色较浅,而正面那些灰颜色的区域,都是由暗色的玄武岩组成的。第四是两边的撞击坑的数量,或者是密度差异很明显,背面撞击坑的数量明显要多于正面,尤其是正面的月海区域,撞击坑的数量普遍较少。第五正面和背面发生的火山活动,差异也很大,正面那些玄武岩,都是火山喷发形成的,月球上的大部分火山岩,也都在月球的正面,而背面却很少。第六是两面的月壳厚度差异大,月壳就是月球最外面的一层,和地球的地壳,是一个意思,那么月球正面的月球,要明显比背面要薄。以上六点是最明显的,而且也已经被证实的正面和背面的差异。

那么为什么会有如此大的差异?为了回答这个问题,全世界的科学家已经开展了很长时间的研究,这里就简单总结一下:

产生月球正面和背面差异的原因,要追溯到月球形成阶段,目前大家比较公认的观点是,月球是在45亿年前,由于地球被一个和火星大小的天体撞击之后,产生的碎片再聚集所形成的,刚开始的月球温度非常高,上面可能有深度达到数百千米的岩浆岩,布满了整个月球,随着月球的冷却,这些高温的岩浆就开始冷却,并开始结晶出不同的矿物,那么洁净处的密度比较大的矿物,就会沉下去,而密度小的矿物就会向上浮,最后形成了月壳,而在这个时候,可能地月系统就已经被锁定了,导致了两侧受到的引力不一样,形成了我们现在看到的,月球的厚度不同。

但并不是所有人都认可这个观点,有人认为是月球遭受的大撞击事件,扰乱了正常的月球结构,包括两面火山活动强度的不同,也与两侧的月球厚度不同有关,那么在正面月球后头,比较容易突破月球的阻挡,从而形成了大量的火山岩,而背面月球厚度大,即使是深部有岩浆也喷发不出来,所以很少有火山。

另外两个经常被争论的话题,就是月球背面背后撞击坑比较多,是不是月球替地球,阻挡了很多次的撞击,或者说月球保护了地球少数撞击,其实这个看法并无依据,意思因为月球正面的撞击看,并不是都比背面少,在同期形成的地质单元上,撞击坑的密度并没有明显的差异,只有那些被年轻的火山岩覆盖的,越海区域,显得状态比较少,这是因为没有进入到早期的撞击事件。二是月球上的大型撞击盆地,是正面多于背面的。三是从二者的大小和地月系统的相对运动特征来看,月球的直径只有3400多千米,约为地球的1/4,而地月之间的平均距离有38万千米多,那么陨石可能来自四面八方。这样来看的话,二者很难相互保护,或者起到的作用很小。

最后要说明的是,我们对月球背面的了解,远没有正面多,我们也期待中国的嫦娥6号探月工程,早日在月球的背面返回样品,从而解开月球背面更多的秘密。

本文为科普中国·星空计划扶持作品

作者:肖龙

审核:左维(中国科学院国家天文台 研究员)

出品:中国科协科普部

监制:中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司

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