速读 天文

月球背面为什么没有“玉兔”?

月海为什么集中在月球正面 月之暗面为什么没有月海 蟾蜍嫦娥玉兔吴刚还有桂树,为什么都集中在月亮正面

Steed 发表于  2014-06-11 15:35

月球背面,只有坑坑洼洼的高地,几乎看不到颜色较深的月海。图片来源:NASA

月亮上明暗相间的图案,自古以来便引起了人们无限的遐想,于是月球有了“蟾宫”的别名,上面还住着一只“玉兔”。事实上,月面上形成蟾蜍和玉兔形象的那些部分,颜色较深,如今被称为月海。它们是陨星撞上月球之后形成的巨大的玄武岩平原。

由于月球早已被地球的引力潮汐力锁定,因此在地球上,我们永远只能看到月球朝向我们的那半边,背向我们的另外半边被称为月之暗面。直到1959年,苏联的月球3号探测器才发回了月之暗面的首张照片。结果令当时的人们大吃了一惊——在月亮正面占据很大一部分面积的月海,在月亮背面几乎不存在。

55年之后,美国宾夕法尼亚州立大学的天体物理学家提出了一个解释。他们指出,这与月球本身的形成方式有关。

关于月球的形成,现有的一个主流理论是这样的:就在地球形成后不久,一颗火星大小的天体与地球相撞,撞飞出去的大片残骸最终聚集在一起,形成了今天我们看到的月球。宾夕法尼亚州立大学的科学家提出,如此猛烈的碰撞和物质的聚集,必然会加热我们的地球和月亮,但月亮的冷却会更快一些,因为它的个头更小。

由于地球当时仍然很热,温度高达至少2500℃,再加上月球当时离地球要近得多,仅有今天距离的1/10甚至1/20,因此地球散发的热量会产生明显的效果:月球背面已经冷却,正面却仍然炽热。

这些科学家指出,这样的差异在月球地壳的形成中起到了关键作用。月球的地壳富含铝和钙,这些都是极难蒸发的元素。随着岩石蒸气的逐渐冷却,钙和铝成了首批凝结析出的元素。这个过程必定发生在月球背面的大气中,因为月球正面还太过炽热。

数千年乃至数百万年之后,这些元素与月球地幔中的硅结合,形成了斜长石。后者最终上浮到月球表面,形成了月球的地壳。由于拥有更多此类矿物质,月球背面的地壳要比正面更厚。

如此一来,月球背面缺少月海的问题就可以解释了。月海本身是巨大的陨星砸在月球正面,击穿了月球的地壳,导致下方的玄武岩岩浆涌上表面,而后再冷却凝结而形成的。至于月球背面,由于地壳实在太厚,绝大多数陨星都很难砸穿,于是只留下了一片坑坑洼洼的高地,几乎没有月海出现。

6月9日,宾夕法尼亚州立大学的这些科学家把自己的解释发表在了《天体物理期刊通讯》上。(编辑:老猫

参考文献

  1. Arpita Roy et al. 2014 ApJ 788 L42. doi:10.1088/2041-8205/788/2/L42

扩展阅读

相关的果壳网小组

热门评论

  • 2014-06-11 18:23 janschanhz
    引用文章内容:仅有今天距离的1/10甚至1/20

    问一句,当时的地球还不是现在的这个样子,而月球离地球的距离比今天近得多,怎么还能保证它永远正面朝我们?难道潮汐锁定是一瞬间完成的?即便月地距离发生显著变化也不改变?如果是这样,为什么在其它天体很难看到这种状况?

    [16] 评论
  • 2014-06-13 08:28 白懋父

    为毛有人可以无知得如此理直气壮,我就做不到?

    [5] 评论
  • 2014-06-12 21:10 YTed
    引用@晨光01 的话:文中的观点和逻辑都存在较多的错误。文中说:“由于月球早已被地球的引力潮汐力锁定,因此在地球上,我们永远只能看到月球朝向我们的那半边,” 潮汐力是一种什么力?为什么就能“锁住”月球?那,我们可不可以说...

    关于潮汐力可以参考 维基百科

    关于聚集和冷却速度的评论不知道该怎么吐槽了……

    最后一点,其实太空中几乎是真空,在真空里热量流失只有一种方式:热辐射。所以真空其实是挺保暖的,或者说,真空是热的不良导体,真空杯保温就是利用这样的原理。http://www.guokr.com/question/3523/


    [4] 评论

显示所有评论

全部评论(35)
  • 1楼
    2014-06-11 16:28 东方隐月

    题目傻爆~

    [1] 评论
  • 2楼
    2014-06-11 18:03 晨曦黎雾

    占个楼

    [0] 评论
  • 3楼
    2014-06-11 18:23 janschanhz
    引用文章内容:仅有今天距离的1/10甚至1/20

    问一句,当时的地球还不是现在的这个样子,而月球离地球的距离比今天近得多,怎么还能保证它永远正面朝我们?难道潮汐锁定是一瞬间完成的?即便月地距离发生显著变化也不改变?如果是这样,为什么在其它天体很难看到这种状况?

    [16] 评论
  • 4楼
    2014-06-11 18:48 bluesky365

    宇宙太大,想想就悲伤。哎,还是玩会游戏吧。

    [1] 评论
  • 5楼
    2014-06-11 20:46 小略

    原来标题中的“玉兔”是指月海啊……看标题还以为真是指“玉兔”,还在想那有什么好说的…… = =

    [0] 评论
  • 6楼
    2014-06-11 23:00 王若白Huskar

    月之暗面?

    (老虎快开大啊

    [0] 评论
  • 7楼
    2014-06-11 23:05 跳舞街主

    即使当时地球有两千五百多度,月球离地球也很近只有十分之一距离,地球也不可能对月球有如此大的温度影响,又不是恒星。所以这个假设难以令人信服。

    [1] 评论
  • 8楼
    2014-06-11 23:47 天下不蓝

    什么时候潮汐锁定的?

    [0] 评论
  • 9楼
    2014-06-12 09:15 晨光01

    文中的观点和逻辑都存在较多的错误。

    文中说:“由于月球早已被地球的引力潮汐力锁定,因此在地球上,我们永远只能看到月球朝向我们的那半边,” 潮汐力是一种什么力?为什么就能“锁住”月球?那,我们可不可以说“由于地球早已被太阳的日冕力锁定,因此,地球永远都是固定的一面朝着太阳”?

    文中说:“一颗火星大小的天体与地球相撞,撞飞出去的大片残骸最终聚集在一起,形成了今天我们看到的月球。”这一现象也是不可能实现的。要让“大片残骸”聚集(其实是熔合)在一起,别说月球的质量,就是土星、木星的质量也是做不到的。月球聚集说是不可能实现的。

    文中还说:“月亮的冷却会更快一些,因为它的个头更小”。你怎么知道月亮的冷却更快呢?好像火星、木星、土星的冷却也很快,因为它们的外壳厚度都超过地球,但它们的的“个头”甚至远远大过地球。

    文中的逻辑也出现了矛盾。

    文中先说,“残骸聚集成为月球”,那么,此时“月球”想必应该是固态,因为“残骸”在太空中很容易失去温度。但文中接着又说,“月球富含难以蒸发的铝和钙”,言下之意是,当时的月球温度很高,以至于需要考虑铝和钙的蒸发了。最终“浮出表面”。

    如同科幻般的解释。

    [1] 评论
  • 10楼
    2014-06-12 09:31 米斯夫斯基

    确认不是锅底?!

    [0] 评论
  • 11楼
    2014-06-12 21:10 YTed
    引用@晨光01 的话:文中的观点和逻辑都存在较多的错误。文中说:“由于月球早已被地球的引力潮汐力锁定,因此在地球上,我们永远只能看到月球朝向我们的那半边,” 潮汐力是一种什么力?为什么就能“锁住”月球?那,我们可不可以说...

    关于潮汐力可以参考 维基百科

    关于聚集和冷却速度的评论不知道该怎么吐槽了……

    最后一点,其实太空中几乎是真空,在真空里热量流失只有一种方式:热辐射。所以真空其实是挺保暖的,或者说,真空是热的不良导体,真空杯保温就是利用这样的原理。http://www.guokr.com/question/3523/


    [4] 评论
  • 12楼
    2014-06-12 21:35 lyounger 粒子天体物理博士生
    引用@跳舞街主 的话:即使当时地球有两千五百多度,月球离地球也很近只有十分之一距离,地球也不可能对月球有如此大的温度影响,又不是恒星。所以这个假设难以令人信服。

    潮汐力是一个很强大的能源,我记得木星有个卫星就是因为木星的潮汐力而一直保持了地质活动至今

    [0] 评论
  • 13楼
    2014-06-13 08:28 白懋父

    为毛有人可以无知得如此理直气壮,我就做不到?

    [5] 评论
  • 14楼
    2014-06-13 09:24 晨光01
    引用@YTed 的话:关于潮汐力可以参考 维基百科关于聚集和冷却速度的评论不知道该怎么吐槽了……最后一点,其实太空中几乎是真空,在真空里热量流失只有一种方式:热辐射。所以真空其实是挺保暖的,或者说,真空是热的不良导体,真空...


    潮汐力是什么不重要,重要的是潮汐力是怎样“锁住”月球的?

    怎样聚集可能你只是听别人这么说,自己并没有思考过。

    正是因为热辐射的散热方式对比地球小的月球和对比地球大的其它行星都是公平的,如果月球冷却更快的话,地球是不是应该比土星、木星冷却得更快呢?实际情况恐怕没有那么简单。

    [0] 评论
  • 15楼
    2014-06-13 13:08 YTed
    引用@晨光01 的话: 潮汐力是什么不重要,重要的是潮汐力是怎样“锁住”月球的?怎样聚集可能你只是听别人这么说,自己并没有思考过。正是因为热辐射的散热方式对比地球小的月球和对比地球大的其它行星都是公平的,如果月球冷却更快的...

    之前给出的关于潮汐力的链接里面就有潮汐锁定的链接啊,里面就有说明锁定的机制,我猜您没有认真看?潮汐锁定同样也发生在 太阳-水星 和 冥王星-卡戎 之间。

    难道聚集不是因为引力的作用吗?我不是学物理的,但也能模模糊糊地想象到,在碰撞之后碎片弥散在地球轨道的空间上,由于引力的关系碎片聚集在一起。随着质量越来越大,碎片之间的压力也越来越大,终于打碎了它们的原本的形状,紧密地融合,形成新生的月球。

    对于一个球体来说,半径增大为原来的 2 倍,表面积增大 4 倍,体积增大为 8 倍。较大的球体拥有较小的 表面积/体积 比,热辐射的功率取决于物体的放射率、温度和表面积(请指正),初始温度相同的情况下,当然较大的物体散热更慢啊。而且不明白您拿木星、土星来跟地球比较想说明什么…… 难道这里面的逻辑关系是:“地球现在的表面温度比木星和土星高啊所以木星和土星肯定是散热比较快”这样吗?难道现在地球温度比较高不是因为距离太阳比较近吗?

    [0] 评论
  • 16楼
    2014-06-13 14:22 晨光01
    引用@YTed 的话:之前给出的关于潮汐力的链接里面就有潮汐锁定的链接啊,里面就有说明锁定的机制,我猜您没有认真看?潮汐锁定同样也发生在 太阳-水星 和 冥王星-卡戎 之间。难道聚集不是因为引力的作用吗?我不是学物理的,但...


    看了你给的链接。很遗憾,维基对“潮汐力”居然没有定义,而你还让我看维基。

    由于继续深入讨论的三个问题已经与主贴无关了,主贴也没有提到什么“潮汐力”。我们就不要在这里讨论了。可以换一个地方讨论。

    [0] 评论
  • 17楼
    2014-06-16 11:06 小猫吐毛球

    为什么感觉图里的月球表面竖着有一个贯穿月球的压痕 像系了皮带似的

    [0] 评论
  • 18楼
    2014-06-22 23:43 justicerwu
    引用@晨光01 的话: 看了你给的链接。很遗憾,维基对“潮汐力”居然没有定义,而你还让我看维基。由于继续深入讨论的三个问题已经与主贴无关了,主贴也没有提到什么“潮汐力”。我们就不要在这里讨论了。可以换一个地方讨论。

    引力,根据万有引力定律,靠得越近,引力越大。月球,不是质点,是有体积的,越靠近地球的部分受到的引力越大,反之则越小,这就是潮汐力。

    至于怎么锁定的,月球不是刚体,在受到潮汐力时会发生形变。这种形变是需要消耗能量的,这就对自转造成了阻力。时间一长就出现了潮汐锁定。


    [0] 评论
  • 19楼
    2014-06-22 23:56 justicerwu
    引用@晨光01 的话:文中的观点和逻辑都存在较多的错误。文中说:“由于月球早已被地球的引力潮汐力锁定,因此在地球上,我们永远只能看到月球朝向我们的那半边,” 潮汐力是一种什么力?为什么就能“锁住”月球?那,我们可不可以说...

    如果太阳和地球不毁灭,终究有一天太阳的潮汐力会锁定地球,这只是时间的问题了。之所以现在地球自传不等于公转,是因为时间不够。

    要让碎片聚集成球形,不要说当时月球可能还是液态,就算是固态都是必然的。

    木星、土星没有外壳,OK?人家是气态行星。

    你说不可能,你有做过数值计算吗?有模拟过吗?有文献支持你的论点吗?或者说你只是想当然的,连文献都没查过?人家说的都是有依据的,有的亲自计算过,有的有参考文献。


    [0] 评论
  • 20楼
    2014-06-23 09:56 晨光01
    引用@justicerwu 的话:引力,根据万有引力定律,靠得越近,引力越大。月球,不是质点,是有体积的,越靠近地球的部分受到的引力越大,反之则越小,这就是潮汐力。...


    你的这个解释完全就是把“万有引力”更换了一个名字。没有一点点意义。

    [0] 评论
  • 21楼
    2014-06-23 10:10 晨光01
    引用@justicerwu 的话:如果太阳和地球不毁灭,终究有一天太阳的潮汐力会锁定地球,这只是时间的问题了。之所以现在地球自传不等于公转,是因为时间不够。要让碎片聚集成球形,不要说当时月球可能还是液态,就算是固态都...


    一大堆碎块要聚集成球形,并不是任何情形都可以的,它需要满足一定的条件。这个条件对于月球或者地球这样总质量的物体来说还是远远不够的。你如果不信,你可以再咨询物理学专业人士。

    [0] 评论
  • 22楼
    2014-06-24 09:59 justicerwu
    引用@晨光01 的话: 一大堆碎块要聚集成球形,并不是任何情形都可以的,它需要满足一定的条件。这个条件对于月球或者地球这样总质量的物体来说还是远远不够的。你如果不信,你可以再咨询物理学专业人士。

    呵呵了,刚好有个师兄在紫台念天体物理的PHD。

    任何星球之间,当质量、引力达到一定程度时,无论恒星、行星还是卫星,都会成为球形。这个要求的最低下限的直径约为800公里,质量约为5亿亿吨。小于这个下限的星体,都是呈现不规则形状。

    月球的数据:

    赤道直径 3,476.2 千米。

    两极直径 3,472.0 千米。

    质量 7.349×10^22 千克。

    早就超过极限了。

    [0] 评论
  • 23楼
    2014-06-24 10:06 justicerwu
    引用@晨光01 的话: 你的这个解释完全就是把“万有引力”更换了一个名字。没有一点点意义。

    这个解释你都看不懂,大概要么是文科生,要么是初中生吧。那就换种说法,潮汐你总知道了吧?潮汐怎么形成的?就是靠潮汐力。

    话说月球只有一个面朝向地球,这是常识吧,小学生都知道的。


    [0] 评论
  • 24楼
    2014-06-24 11:32 晨光01
    引用@justicerwu 的话:这个解释你都看不懂,大概要么是文科生,要么是初中生吧。那就换种说法,潮汐你总知道了吧?潮汐怎么形成的?就是靠潮汐力。话说月球只有一个面朝向地球,这是常识吧,小学生都知道的。

    先说“潮汐力”吧

    跟你的认识恰好相反,“潮汐力”才是针对没有“万有引力”这一概念的人士的一个比较“形象化”的称谓。有“万有引力”概念的人都用万有引力,不会去用“潮汐力”。这一点从你自己的解释就可以看出来。你是这样说的:

    引用:——潮汐力是引力,根据万有引力定律,靠得越近,引力越大。月球,不是质点,是有体积的,越靠近地球的部分受到的引力越大,反之则越小,这就是潮汐力。

    [0] 评论
  • 25楼
    2014-06-24 11:41 晨光01
    引用@justicerwu 的话:呵呵了,刚好有个师兄在紫台念天体物理的PHD。任何星球之间,当质量、引力达到一定程度时,无论恒星、行星还是卫星,都会成为球形。这个要求的最低下限的直径约为800公里,质量约为5亿亿吨。小于这个下限的星...


    再说你的那个师兄(有个师兄在紫台念天体物理的PHD ),

    我当然不敢怀疑它给出的数据和数据的计算过程。只是,我所了解的跟他确实不一样。

    对于,太空中的多个物体是否能聚集形成球体的这一现象,除了“球体”二字的表述外,还处在进一步的细分,大概可以分为三种情况:

    第一种,多个物体的简单聚集;

    第二种,多个物体的聚集并熔融;

    第三种。多个物体的聚集并出现分子重组。

    你的那位师兄可能是指的第一种情况,而第一种情况对于星球来说是没有什么用处的。因为,那样的“星球”其实算不上星球。

    你看懂我表述的意思了么?

    [0] 评论
  • 26楼
    2014-06-30 21:39 巴黎石头
    引用@晨光01 的话: 再说你的那个师兄(有个师兄在紫台念天体物理的PHD ),我当然不敢怀疑它给出的数据和数据的计算过程。只是,我所了解的跟他确实不一样。对于,太空中的多个物体是否能聚集形成球体的这一现象,除了“球体”二...

    大哥,你是真不懂还是在耍混哪?潮汐锁定没听说过吗?给你几个链接自己稍微科普下。

    http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%BD%AE%E6%B1%90%E9%8E%96%E5%AE%9A 中文维基

    http://baike.baidu.com/view/3171823.htm 百度百科

    http://www.zhihu.com/question/20090037 知乎

    这可不是新鲜概念,也不是什么特别现象,太阳系里面很多天体都已经被潮汐锁定了。


    [0] 评论
  • 27楼
    2014-06-30 21:41 巴黎石头

    另外关于什么是潮汐力维基里面同样有词条。

    潮汐力引潮力萬有引力效果,它使得潮汐發生。它源於在一個星體的直徑上各點的引力場不相等。

    http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%BD%AE%E6%B1%90%E5%8A%9B

    [0] 评论
  • 28楼
    2014-07-01 09:10 晨光01
    引用@巴黎石头 的话:大哥,你是真不懂还是在耍混哪?潮汐锁定没听说过吗?给你几个链接自己稍微科普下。http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%BD%AE%E6%B1%90%E9%8E%96%E5%A...


    你对万有引力和潮汐力的关系存在错误的表述和延伸。

    你应该知道所谓的“潮汐力”就是万有引力的一种表现吧?!你先回答是还是不是?

    如果潮汐是万有引力的一种表现的话,那么,我们来看看“潮汐力”这个名词是不是多余的和累赘的:

    有一句话也不知道是谁说的了:“太阳系里面很多天体都已经被潮汐锁定了。”从这一句我们就可以看出,使用“潮汐力”之一名词的危害。——之一名词的使用已经让人产生了主次不分、因果不分的恶果。物理知识欠缺的那些道听途说的人们很可能就会以为:“潮汐”具有锁定天体的能力。这是一种十分恐怖的后果。

    由此可以看出,名词“潮汐力”的出现非但不能给物理界和人类带来知识的深入和知识的普及,反而会给严密的物理学滋生旁支恶节,是一种极端无益的现象。

    [0] 评论
  • 29楼
    2014-07-01 15:59 FancY840604
    引用@晨光01 的话:文中的观点和逻辑都存在较多的错误。文中说:“由于月球早已被地球的引力潮汐力锁定,因此在地球上,我们永远只能看到月球朝向我们的那半边,” 潮汐力是一种什么力?为什么就能“锁住”月球?那,我们可不可以说...

    你的观点本身就是错的,还怎么反驳文章,去百度一下吧,求你了


    [0] 评论
  • 30楼
    2014-07-01 16:22 巴黎石头
    引用@晨光01 的话: 你对万有引力和潮汐力的关系存在错误的表述和延伸。你应该知道所谓的“潮汐力”就是万有引力的一种表现吧?!你先回答是还是不是?如果潮汐是万有引力的一种表现的话,那么,我们来看看“潮汐力”这个名词是不是多...


    从来没有人说潮汐力不是万有引力的一种表现,但这从来不影响当万有引力对星体产生这种特定作用时我们给它起个另外的名字来描述这种特别的现象。

    就如同重力一样,在通常语境下,重力表示地球(或者其他天体)表面或者表面附近,物体由於具有质量所表現出來的落向地面的力。这同样是由万有引力引起的,同样是万有引力的一种表现形式。但我们同样可以对引力在天体表面的所显现的现象冠以一个专用的名字,叫重力。

    难道你又打算否定重力这个名词也不应该存在吗?

    [0] 评论

显示所有评论

你的评论

登录 发表评论

Steed
Steed 专业级业余天文爱好者

作者的其他文章

更多科研事,扫码早知道

关于我们 加入果壳 媒体报道 帮助中心 果壳活动 免责声明 联系我们 移动版 移动应用

©2017果壳网    京ICP证100430号    京网文[2015] 0609-239号    新出发京零字东150005号     京公网安备11010502007133号

违法和不良信息举报邮箱:jubao@guokr.com    举报电话:13691127034