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几千年来,由于同步自转,人类只能看到月球的一面。这种轨道锁定使月球每绕地球一圈就自转一次。天文学家不得不接受这种近侧的景象,直到1959年一艘苏联飞船拍摄了月球背面的第一张照片。但是,在月球地质历史的早期,从地球上看到的景象可能有所不同吗?
在即将在期刊上发表的一篇论文中《伊卡洛斯》,地球物理学家马克·维乔雷克和法国国家科学研究中心巴黎地球物理研究所的马蒂厄·勒弗夫尔推测,我们的天然卫星曾经旋转了180度,月球当前的背面面向地球。研究人员表示,大约四十亿年前的一次大型撞击可能暂时扰乱了月球的自转,使其最终以其原始方向或旋转180度的方向重新进入所谓的自旋-轨道同步状态。(维乔雷克表示,地球引力在月球表面引起的潮汐隆起,将月球变形为细长形状,有助于稳定其位置,这将阻止月球在任何中间方向上轻易进入同步状态。)
维乔雷克和勒弗夫尔首先研究了足以扰乱自转的小行星或彗星撞击所需的大小和速度,根据月球表面的陨石坑记录,找出了一些可能的候选者。
维乔雷克说:“仅从物理学角度来看,至少一次甚至更多次的撞击对月球造成了这种情况的可能性非常非常大。第二个问题,也是更难的部分,是找出是否有任何证据可以证明这一点。”
研究人员通过检查月球表面陨石坑的位置和年代来寻找证据。如果月球的方向在其整个历史中保持不变,那么它的西半球(在月球当前方向上是其轨道的前导半球)应该有更多的撞击陨石坑。(维乔雷克将此比作在暴风雨中开车,前挡风玻璃比后挡风玻璃遭受更多的雨水袭击。)
分析表明,虽然较新的撞击盆地遵循这种模式,但较旧的撞击盆地往往位于月球的后缘侧,这表明自从那些古老的陨石坑形成以来,月球已经围绕其轴旋转了180度。实际上,根据他们的计算,现在位于后缘东半球附近的较老撞击盆地的排列方式,偶然发生的概率不到0.3%。
维乔雷克和勒弗夫尔谨慎地指出了几个警告:所研究的46个撞击盆地的大部分年代都不能很好地确定,并且一些较老的盆地可能被附近较年轻的陨石坑的喷出物所遮挡,这意味着当前的数据集是不完整的。诸如印度的月船1号和日本的辉夜姬等月球轨道飞行器正在拼凑出更好的地形图,这可能有助于澄清小行星和彗星撞击的历史记录。
H.杰伊·梅洛什是亚利桑那大学月球和行星实验室的行星科学家,他研究了撞击对月球方向的影响,他认为这个新提议非常合理。梅洛什说,尽管维乔雷克和勒弗夫尔对陨石坑数据的深入分析可能会引发一些关于细节的争论,但“总体情况既合理又有充分的证据”。