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美国宇航局的一艘宇宙飞船以前所未有的细节绘制了月球地形图,制作了一份月球陨石坑目录,记录了月球数十亿年的撞击历史。月球上的陨石坑记录为了解地球上由彗星和小行星等星际碎片造成的类似撞击提供了参考,而这些撞击的影响在很大程度上已被数十亿年的侵蚀和地质活动所抹去。
月球轨道飞行器激光测高仪 (LOLA) 是自 2009 年 6 月以来在月球勘测轨道飞行器 (LRO) 上环绕月球运行的七个仪器之一,它将激光束射向月球表面,并测量其返回时间以 gauging 下方地形的高度。在月球上方 50 公里处,LOLA 可以精确到 10 厘米以内地确定月球地貌的高度。
一项基于 LRO 在轨道上运行时采集的超过 20 亿次激光读数的新研究,提供了迄今为止可能最完整的月球陨石坑记录。该研究发表在9 月 17 日出版的《科学》杂志上。
研究人员利用 LOLA 的地形数据识别出月球表面 5,000 多个陨石坑,并将搜索范围限定为直径 20 公里及以上的陨石坑。该陨石坑目录的大小大约是美国地质调查局的唐·威尔海姆斯及其同事于 1978 年使用 20 世纪 60 年代中期美国宇航局月球轨道飞行器任务的照片制作的目录的两倍。“20 公里”的尺寸下限主要是为了方便起见而设定的,因为每个陨石坑都必须手动计数。布朗大学行星地球科学家、该研究的主要作者 詹姆斯·海德 说:“在某种程度上,你将一生都只能做数陨石坑这一件事。”
之前的陨石坑计数依赖于不太统一的数据,包括在不同光照角度下拍摄的照片集,这些照片集改变了陨石坑的阴影轮廓。但这项新研究使用单一激光测距仪意味着结果不依赖于光照或仪器之间的差异。普渡大学行星科学家 杰伊·梅洛什 说:“从陨石坑分布的角度来看,这是首次对整个月球正面和背面的同质数据集进行检查,因此这是一项非常有用的贡献。”梅洛什没有参与这项新研究。
利用该数据集,海德和他的同事们能够确定哪些区域是真正古老的,哪些区域在月球历史上相对较近的时间内被重新覆盖。例如,三十亿或四十亿年前的熔岩流淹没了月球平原并填满了那里的陨石坑,而大型撞击挖掘出大量的月球物质,这些物质落到地表,掩埋或遮蔽了附近的陨石坑。
研究人员发现,大型撞击体除了挖掘出巨大的盆地外,还在月球表面的广阔区域喷射出喷射物。该小组详细调查了在月球近侧西部区域形成的被称为东方盆地的大型盆地的撞击事件,该撞击事件抹去了盆地本身内的所有先前存在的陨石坑,该区域面积近 70 万平方公里。但它也覆盖了盆地外 500 公里范围内的部分陨石坑记录,使约 300 万平方公里(约占月球表面 8%)的区域内的陨石坑数量减少。而且,海德指出,东方盆地甚至不是最大的月球盆地——更大的撞击,例如形成雨海盆地的撞击,将影响更大比例的地形。
从 LOLA 数据得出的陨石坑地图也证实了亚利桑那大学的 罗伯特·斯特罗姆 及其同事在 2005 年提出的一个观点:撞击体种群的转变发生在约 38 亿年前,大约在东方盆地被挖掘出来的时候。相对古老的月球高地中大型(50 至 100 公里)陨石坑的比例高于年轻的熔岩平原,这意味着月球在其历史上受到了两种不同撞击体种群的轰击,后者的大型天体较少。对此类转变的一种解释可能是巨行星的轨道迁移扰乱了小行星带,从而在早期将大量岩石天体抛向火星、水星、金星、地球及其卫星月球。
研究月球上的陨石坑为了解年轻太阳系的剧烈历史提供了一个窗口,而这在地球上是几乎无法获得的。“这一切都对地球有影响,”海德说。“地球当时的记录非常糟糕,因为它是一个如此活跃的行星。”