随着月球内部的冷却,它正在缩小,在过去的几亿年里,它变薄了大约150英尺(50米)。就像葡萄缩成葡萄干会起皱一样,月亮也会起皱。与葡萄上柔软的表皮不同,月球表面的地壳很脆,所以当月球收缩时,它会破裂,形成“逆冲断层”,其中一部分地壳被推到相邻部分之上。
华盛顿史密森尼国家航空航天博物馆地球与行星研究中心的资深科学家托马斯·沃特斯说:“我们的分析首次证明,随着月球继续逐渐冷却和缩小,这些断层仍然活跃,很可能在今天产生月震。”“其中一些地震可能相当强烈,大约里氏5级。”
从月球表面看,这些断层陡坡就像台阶状的小悬崖,通常有几十米高,延伸几英里。1972年,阿波罗17号在金牛座-利特罗山谷着陆,宇航员尤金·塞尔南和哈里森·施密特不得不让他们的月球车在李-林肯断裂带的悬崖上蜿蜒而上。
沃特斯是一项研究的主要作者,该研究使用一种算法或数学程序分析了阿波罗宇航员放在月球上的四个地震仪的数据,这种算法或数学程序是为了精确定位稀疏的地震网络检测到的地震位置而开发的。该算法对月震位置给出了更好的估计。地震仪是测量地震产生的震动的仪器,记录各种地震波的到达时间和强度,从而得到一个估计的位置,称为震中。这项研究发表在5月13日的《科学》杂志上自然地球科学。
在阿波罗11号、12号、14号、15号和16号任务中,宇航员将这些仪器放在了月球表面。阿波罗11号地震仪只工作了三个星期,但剩下的四个记录了从1969年到1977年的28次浅层月震——这种类型的地震被认为是由这些断层产生的。这些地震的震级从里氏2级到里氏5级不等。
利用新算法修正后的位置估计,研究小组发现,28次浅层地震中有8次发生在月球图像中可见的断层30公里(18.6英里)范围内。这个距离足够近,可以暂时将地震归因于断层,因为研究小组的模型显示,考虑到这些断层陡坡的大小,这是预计会发生强烈地震的距离。此外,新的分析发现,8次地震中有6次发生在月球处于或接近远地点的时候,远地点是月球轨道上离地球最远的点。在这里,来自地球引力的额外潮汐应力导致总应力达到峰值,使沿着这些断层的滑动事件更有可能发生。
沃特斯说:“我们认为,这8次地震很可能是由于月球地壳受到全球收缩和潮汐力的挤压而产生的断层滑动造成的,这表明阿波罗号地震仪记录了月球的收缩,而月球仍然处于构造活跃状态。”研究人员进行了1万次模拟,以计算在压力最大的时候,断层附近发生多次地震的巧合几率。他们发现这个比例不到4%。此外,虽然其他事件,如流星体撞击,可以产生地震,但它们产生的地震特征与断层滑动事件产生的地震不同。
这些断层活动的其他证据来自美国宇航局月球勘测轨道器(LRO)航天器拍摄的非常详细的月球图像。月球勘测轨道相机(LROC)已经拍摄了超过3500个断层峭壁的图像。其中一些图像显示了断层陡坡或附近地形上相对明亮的斑块底部的滑坡或巨石。太阳和太空辐射的风化作用使月球表面的物质逐渐变暗,因此较亮的区域表明这些区域刚刚暴露在太空中,如果最近的月震使物质滑下悬崖,就会出现这种情况。在维泰罗群集的断层陡坡上发现了新的巨石区,在Gemma Frisius C和Mouchez l陨石坑附近的断层上发现了可能的明亮特征,其他LROC断层图像显示了巨石坠落的痕迹,如果断层滑动,导致地震导致巨石从悬崖斜坡上滚下来,这是可以预期的。这些痕迹是最近一次地震的证据,因为在地质时间尺度上,它们应该会相对较快地被微流星体持续不断的撞击月球而抹去。Schrödinger盆地断层附近的砾石轨迹被认为是近期地震引起的砾石坠落。
此外,其中一个修正后的月震震中距离阿波罗17号宇航员穿越的李-林肯断崖只有13公里(8英里)。宇航员还检查了着陆点附近北地块斜坡上的巨石和巨石痕迹。南地块上覆盖李-林肯断崖南段的大型滑坡是断层滑动事件可能产生月震的进一步证据。
位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的LRO项目科学家约翰·凯勒说:“看到近50年前的数据和LRO任务的数据如何结合在一起,促进了我们对月球的了解,同时也为未来研究月球内部过程的任务提供了建议,这真的很了不起。”
由于LRO自2009年以来一直在拍摄月球表面,该团队想要比较不同时期特定断层区域的照片,看看是否有任何最近月震活动的证据。此外,“在月球表面建立一个新的地震仪网络应该是人类探索月球的首要任务,既要了解更多关于月球内部的信息,又要确定月球地震的危害程度,”合著者蕾妮·韦伯说,她是美国宇航局位于阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心的行星地震学家。
月球并不是太阳系中唯一一个随着年龄增长而缩小的星球。水星有巨大的逆冲断层,长约600英里(1000公里),高超过1英里(3公里),相对于它的大小,它比月球上的断层要大得多,这表明它比月球收缩得更大。由于岩石行星在加热时膨胀,冷却时收缩,水星的大断层表明,它在形成后可能足够热,完全熔化。试图重建月球起源的科学家们想知道月球是否也发生了同样的事情,或者它只是部分熔融,也许在加热更慢的内部深处有岩浆海洋。月球断层陡坡的相对较小的尺寸与部分熔融情况下预期的更微妙的收缩是一致的。
美国宇航局将于2024年将第一位女性和下一位男性送上月球。这些美国宇航员将在月球轨道上使用人类着陆系统,并降落在月球南极。该机构将在2028年之前建立可持续的任务,然后我们将把我们在月球上学到的东西带到火星上。
这项研究由美国宇航局的LRO项目资助,并得到了加拿大自然科学与工程研究委员会的额外支持。LRO由NASA戈达德为NASA华盛顿总部的科学任务理事会管理。LROC由位于坦佩的亚利桑那州立大学管理。
故事来源:
材料所提供的美国宇航局/戈达德太空飞行中心。注:内容可能会根据风格和长度进行编辑。
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