2013年9月11日 星期三

DDS025-「我們的地球有幾個月亮?(II)」

此外,「月球」的另一特點是,其正(即面對「地球」的一面)、背(即背著「地球」的另一面)兩面的岩石組成和形貌,極不對稱,下圖(Credit: Mark A. Wieczorek the Creative Commons Attribution)即是由「Lunar Reconnaissance Orbiter LRO: NASA, http://apod.nasa.gov/apod/ap110303.html)」探測衛星,傳回來的最新衛星影像圖片(藍、紅色分別代表低窪、髙聳的地貌),顯而易見,「月球」的正面(下圖左),主要是由平緩的硬化後的熔岩(lava)所組成,其整體範圍,約佔了全部面積的三分之一,這些低漥地區,一度被認為是過去「月球」的海洋,因海水被蒸發殆盡,而殘留下來的海底,因而又被稱之為「海(maria)」,相反的,「月球」的背面(下圖右),佈滿著的卻是,高低起伏的高地(mountainous highlands)。這種截然不同,而又對比強烈的差異,隱示著「月球」由其起源演化至今的形貎,其間必有許多為人不知的轉折歷程,也牽引著,有關「我們的地球只有一個月亮嗎?」,這類議題的辯證,這是後話,容我在文後,再為各位解說。


其實,早在 1960 年代,美國航太總署(NASANational Aeronautics and Space Administration),在為其阿波羅(Apollo)登月計畫,所先進行的各種繞月飛行的衛星探險任務中,即發現每當衛星繞經,月球某處上空時,衛星的軌道,會因該處較大的重力牽引,發生偏離的現象。當然,這只是衆多太空探測任務中的小插曲,並不影響 1969 7 月,「阿姆斯壯(Neil Alden Armstrong1930-2010;見下圖其著太空裝的照片)」代表人類,首次登上月球的成功壯舉〔該次任務之編號為「阿波羅 11 號(Apollo 11)」〕。他當時(7 21 日)站在月球表面,向全地球人類問候時的名句:「這是個人的一小步,也是人類的一大步(This is one small step for man, one giant leap for mankind.  )」,至今仍是人類探測太空歷史中,最為膾炙人口的至理名言。


雖然如此,「月球」表面的這種「重力異常(gravity anomaly)」現象,卻一直困擾著科學家,經過多年的慎密規劃和探測儀器的進步,「美國航太總署」,決定於 2011 9 月開始執行一項名為「Gravity Recovery and Interior Laboratory GRAIL)」的探月任務計畫,該計畫主要是以,一對載有相同重力測繪儀器的兩顆衛星,先後以等間距繞行月球(為確保其固定的間距,飛行在後的衛星上,另加裝有一精密的測距儀器,其精確度可達一個紅血球的大小),依兩者繞月飛行時,其速度的改變(因受月球表面不同重力的影響),即可詳盡測繪到月球重力場的改變,並進而推估其內部岩石構造和組成的變化,該計畫歷經 9 個月的測繪,已於去年的 12 月宣告圓滿結束。

依據其測繪結果,科學家終於證實,月球表面確實散佈著,許多面積大小不一的「重力異常」區塊,這些重力髙區,稱之為「質量集中區(mass concentrations 或簡稱 mascons)」,有關此項研究的成果,也發表在今年 6 28 日,印行的「科學」期刊上(Melosh et al., The Origin of Lunar Mascon Basins, Science 340, 1522; DOI:10.1126/science 1235768)。下圖即為月表兩個,所謂「質量集中區」的「重力異常」圖,基本上,這類「質量集中區」在形貌上,均橫跨數百至上千公里,且呈現有如牛眼般的圓形結構和分佈。研究這些「重力異常」圖以及其他相關的密度等資料,科學家們相信,它們形成的原因,主要是來自,另一體積大小,約為目前「月球」三分之一左右的星體,在「月球」形成初期(約 40 億年前)與其碰撞,造成當時「月球」的外殻(crust)和其更深部融岩的混合、集結、塌陷,最後冷凝而形成,這也就是為什麼,前面提到的,「月球」正、背兩面,其岩石組成和形貌大不相同的原因。而此星體之存在,很可能就是,伴隨「月球」形成時,那個超巨大的「撞擊」所造成,只是因為其體積較小,而其繞「地球」運轉的軌道又不穩定,最後被「月球」吸引,而撞撞、粘合在一起,只是此次的撞擊,和40 億年前「地球」被撞擊後,形成「月球」的那撞擊力道相比,沒那麼的大而已。


下圖即是電腦模擬此過程的示意圖(Reference: Jutzi, M, and Asphaug, E., Nature 476, 69-72, 2011)。因此,我們今天舉頭望「明月」,看到的只有一個月亮,但是在 40 億年前,我們的地球,其實是有兩個月亮的!


最後,還有三則有關「月亮」的小常識,在此附上,與讀者分享:

(一)由於地球自轉,造成海洋(可流動)和海底的摩擦力,使得地球自轉的速度,變得漸緩下來,這種自轉速度的減緩,使得我們現在的一天,和上世紀相比,增加了約 1.7 毫秒(millisecond),為了維持「地球-月亮」這個系統的動力平衡,我們的月亮,則以每年約 3.8公分的速度,遠離我們地球而去。

(二)在傳說中的「嫦娥奔月」故事裡,若「嫦娥」真的可以奔月的話,她的速度至少必須要能達到,每秒 11.2 公里才行,即所謂脫離地球引力的「脫離速度(escaping velocity)」。

(三)反過來說,假如地球沒有這個月亮的存在,為了不被太陽巨大的引力吸去,我們地球的自轉速度,必須加快,如此一來,地球必須每 6-8 小時,自轉一周,也就是說,這時我們現在的一天 24 小時,將變成只有 6 8 小時,而一年也就從現在的 365 天,變成了 1000 多天。

最後,逢此佳節,不能免俗的,也藉此向各位尊敬的讀者,致上由衷的祝福,祝願大家「月圓人圓、心想事成」(見下圖;credit: www.nipic.com by zhaoy2510)。(全文完)



沒有留言:

張貼留言