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登月50余载三大谜团仍待解：起源、磁场、地月距离

（原始标题：登月50余载 ， 三大谜团仍待解）代小佩/科技日报7月20日是人类月球日 。 月球是距离我们最近的天体 ， 近到在月球表面留下人类的脚印 。 从仰望月球开始 ， 人们便对其开展了持续研究 ， 许多关于月球的特性都已被我们所掌握 。然而 ， 这个“近邻”仍留有许多谜团 ， 有待我们去探寻 。 月球是如何诞生的？它的年龄几何？月球磁场为何消失？地月距离又为何逐渐变远？对于这些问题的研究 ， 不仅能够帮助我们了解月球本身 ， 更能借此去探求宇宙更多的奥秘 。登月50余载三大谜团仍待解：起源、磁场、地月距离
三大谜团引人关注月球从何而来？中国科学院国家天文台研究员、嫦娥四号月球低频射电探测仪中方首席专家平劲松表示 ， 目前关于月球起源主要有4种假说 ， 即分裂说、同源说、俘获说和大撞击起源说 。 “这4个假说在地月成分与自转速度的差异、氧及其他同位素组成的相似性等方面 ， 仍存在许多难以自圆其说的缺点 。 ”他表示 。其中 ， 大撞击起源假说面对的质疑相对较少 。 这是因为 ， 20世纪60年代 ， 美国阿波罗计划和苏联月球计划带回来的月球岩石中 ， 所含的氧同位素组成比例与地球地幔几乎完全一样 。 并且 ， 科学家发现月球岩石样品几乎不含挥发性元素和轻元素 。 研究人员认为 ， 这是因为撞击产生的极端高温将这些元素气化导致它们逃逸 。 “然而 ， 两个完全分异的固体行星碰撞并重新汇聚的现象 ， 无法解释月球表面或样品中为何存在显著未分异且存在了53亿年的古老岩石 。 ”平劲松表示 ， 没有一个假说是完整的 。另一个吸引人的谜团则关乎月球磁场 。 对月球岩石的分析证明 ， 月球曾有强大的磁场 。 根据此前判断 ， 月球内部存在铁镍或硫化铁镍核心 ， 早期演化产生发电机机制进而形成整体磁场 。有研究者认为 ， 月球的首次发电机效应可能在40亿年前产生了强大的磁场 。 过去数十年的探测发现 ， 当今月球整个月面的平均磁场强度小于0.2微特斯拉 ， 表明目前的月球要么不存在全球分布的磁场 ， 要么仅存在一个极端微弱的全球磁场 。 还有研究者认为 ， 大约10亿年前 ， 月球内部发动机——月核结晶停止工作 ， 导致月球磁场逐渐消失 ， 迅速下降至0.1微特斯拉 。 所以 ， 月球的磁场究竟在何时因何故诞生？为什么现在几乎消失了？这些依然是未解之谜 。月球正在远离地球吗？这是月球令人费解的又一谜团 。 月球与地球的平均距离约38万公里 ， 据观测 ， 月球正以每年约3.8厘米的速度远离地球 。 自1970年以来 ， 地月平均距离增长了约1.9米 。对此 ， 有一种解释说 ， 月球绕地球转动的角速度比地球自转角速度慢 ， 加上太阳引力作用 ， 地球和月球上就存在引力分布不均衡和时间变化 ， 进而引发固体潮汐现象 ， 导致地球自转速度减慢和月球公转速度加快 。 另外 ， 地月系统的能量和角动量守恒 ， 导致地球自转速度减小的角动量和能力转移到月球 ， 其中月球公转增加的一部分动能转化为势能 ， 使月球逐渐远离地球 。揭秘还需提升探测技术如何破解上述谜团？平劲松认为 ， 从探测技术上看 ， 需要在月面 ， 特别是月球的极区设置新类型长期工作的月震仪、地月之间的激光和微波测距设备、深入到月面之下可穿透月壤层的热流计、高灵敏度磁强计等 。“类似对地球的监测 ， 上述设备应在月面多处布设组成网络 ， 进行整体监测；同时 ， 还需具备高/低轨道卫星—卫星链路的高精度重力、磁场立体观测能力 。 ”平劲松表示 ， 使用这些新技术手段能获得包括月震、月球全球的长波长重力和磁场 ， 以及月球轨道运动和转动变化的高精度测量 ， 从而为现有理论、假说提供修正或重建的依据 。平劲松表示 ， 部署上述观测技术有助于获得月球深部分层结构的详细信息 ， 比如月核铁镍含量 ， 内核是否存在、大小如何、是否是完全晶体固体状态 ， 外核以及外核与月幔边界带耦合状态如何 ， 内部热能及其来源 ， 全球磁场背景状态 。 然后再基于这些信息推测月球内核结晶化年代和磁场消失情况 ， 基于内核物质状态、总量推测月球形成机理 ， 以及精细把握月球远离地球的状况和产生机理 。“揭开月球起源之谜 ， 对研究和揭示系外行星系统的双行星、特别是宜居带双固体行星的形成演化 ， 有重要借鉴意义；解释月球磁场消失之谜 ， 有助于理解全球磁场消失的其他类地行星的演化 ， 不排除太阳系固体行星磁场快速消失的普遍现象是行星演化的常态 ， 而地球是个极端特例 。 另外 ， 寻找系外宜居行星很可能需要增加固有磁场这个强约束 。 ”平劲松强调 。从目前来看 ， 月球远离地球的速度非常慢 ， 不会对地月系统演化和人类社会存在带来显著负面影响 。 不过 ， 精确测量和把握月球的远离速度 ， 可以用于人类社会活动的高精度测量参考 ， 甚至为超低频率空间引力波探测提供支持 。


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