月球的内部是什么?这是科学家们一直想搞清楚的问题。发表在这一期《自然》杂志上的论文表明,月球内核与地球内核非常相似,有一副坚实的“铁石心肠”,具有与地球相似的流体外核和固体内核。
如图所示的月球新确认的内部结构图,显示了一个薄的地壳、一个非常厚的地幔、一个位于地幔/地核界面的低粘度区域、一个液态外核和一个固态内核。
早在任何探测器登陆月球之前,天文学家就对月球的结构感到困惑。20世纪上半叶,关于月球是否像火星的卫星火卫一(Phobos)和火卫二(Deimos)一样是一个“原始”的岩石世界,还是具有丰富的内部地质结构,展开了一场激烈的辩论。
月球具有类似地球内部的第一个线索来自美国宇航局的阿波罗任务。月球着陆器仪器收集的数据表明,月球内部结构是分层次的,即是说在中心由密度较大的物质分层,而在靠近表面的地方则由密度较低的物质分层,而不是完全都是均匀的岩石。阿波罗宇航员在月球上留下了地震仪,后来发现它经历过类似地球地震的“月震”.
科学家们直到最近才能够对来自阿波罗和其他月球探测器的大量数据进行分类,以更清楚地了解月球内部层次。2011年的研究指出,月球的外核是由液态铁构成的,并在与地幔相遇的地方形成了一个明显的部分熔化层,暗示月球可能有一个铁基内核。
为了更多地了解月球的核心,研究团队从几次太空任务和几次基于月球的测距实验中收集数据。利用这些数据为月球内部创建了模型,包括由于与地球的引力相互作用而产生的变形、月球与地球的距离以及月球的密度等特征。然后,将所有数据输入建模应用程序。接下来,运行多个建模场景以查看哪个场景与真实世界的数据最接近。
最接近观测的模型揭示了“地幔倾覆”的证据。“地幔倾覆”的过程指随着时间的推移,较热的熔融物质像熔岩灯中的蜡滴一样通过地幔上升,密度较大的物质被拉近核心,迫使较轻的物质向上。这一发现有助于解释在月球火山区发现的元素有多少到达地表。据研究人员称,这可以解释月球表面存在铁元素的原因。
研究结果表明,月核与地球类似,有一个外层流体层和一个固体内核。外核的半径约为362公里,内核的半径约为258公里。内核的半径大约是月球半径的15% 。据研究人员称,这种小尺寸可能解释了为什么过去科学家们很难检测到它。此外,发现内核的密度约为每立方米7,822千克,非常接近铁的密度。
更深入地了解月球的内部运作可以帮助科学家进一步解开它的地质奥秘,例如曾经强大的月球磁场发生了什么。虽然月球今天没有磁场,但岩石样本表明它曾经有一个可以与地球相媲美的磁场。这也为更准确地认知月球和我们的太阳系打开了大门。