全新解读:美国宇航局的科学家们采用最新技术重新审视40年前获取的月震数据。这些数据由1971年放置于月面上的仪器获得。研究结果显示,月球拥有一个固态的富铁内核,以及一个液态外核,和地球非常相似
陈旧数据:“阿波罗被动月震实验”计划属于“阿波罗月面实验包”一揽子项目之一。由阿波罗14号宇航员在他们的首次舱外行走过程中放置
为了全人类:1971年2月,美国宇航员阿兰·谢泼德(Alan B Shepard)在执行阿波罗14号登月任务期间,在月面插上美国国旗。正是在这次任务中,NASA在月面上安置了月震仪设备
月球一般被认为是一颗“死寂”的星球,由于较小的质量和体积,它应当早已“冷却”。但是,一项结合阿波罗时代数据的最新研究却发现,月球可能拥有一个和地球类似的液态外“月核”。
新旧结合
这是一场跨越40年的紧密协作:40年前的阿波罗计划首次将人送上了月球表面,在这项任务中,宇航员们曾在月球上布设月震仪。而现在,采用最新的地震波分析技术,结合这些1971年布设的仪器获取的数据,美国宇航局的科学家们得出了一个令人惊讶的结果:月球可能拥有一个和地球类似的液态外“月核”。
这项最新的研究显示,月球拥有一个固态、富铁的内月核,半径约150英里(约合241.4公里),其外层包裹着一层液态的铁质外核,厚度约为205英里(330公里)。但与地球的不同之处在于,月核的最外层还有一层半熔融状态的过渡层,厚度约300英里(483公里)。
这一新的成果将有助于理解了月球磁场的演化。月球通过这种机制产生并维持着自己的强磁场。细致地搞清月核部位的情况对于发展精确的月球形成模型至关重要。
研究还发现月核部分含有少量的轻元素,如硫。这也证实了另一项最新的地震学研究结果,该项在地球上进行的研究结果显示地球核心部位存在轻质元素,如硫和氧。这一研究结果已经发表于在线版的《科学》杂志。
此研究过程中采用了大量的阿波罗计划时代获取的数据。根据“阿波罗被动月震实验”计划,在1969年到1972年间,美国宇航员在月球表面安放了4台月震仪。这些月震仪记录到连续的月震现象,记录数据一直持续至1977年。
雷尼·韦伯(Renee Weber)博士来自亚拉巴马州亨茨维尔的美国宇航局马歇尔空间飞行中心,也是这项研究的首席科学家。她说:“我们将从地震学研究中获取的经验应用于月球,从而首次实现了对月核的直接探测。”研究小组还在阿波罗月震学数据分析中引入了阵列处理技术,这种技术可以从干扰信号中区分并识别真实的月震信号。
通过这种方法,科学家们可以了解月震波如何在月表之下传播,以及在月表下何处传播,或在某处发生发射。如此便能间接地得到有关月球内部圈层分界面以及物质组成的信息。
新技术立功
尽管先进的卫星获取的大量精确数据已经让月球演化历史与地形特征的研究取得了长足的进步。但自从阿波罗时代以来,我们对于这颗地球的唯一天然卫星的内部结构却仍然没有十足把握。
在此之前,通过对月球内部某些特性的间接估算,科学家们已经提出月球存在一个月核,但是关于其大小、状态以及化学组成却一直无法达成一致意见。
之所以过去对月球内部的研究困难重重,一部分原因就在于很难将月震仪数据中的“噪音”区分开,从而获取清晰的月震信息。
为了克服这一困难,韦伯博士和她的小组采用了一种被称为“震波叠加”(seismogram stacking),或称为“数字信号分离”的技术。
叠加处理后,数据样本的信噪比得到提升,这使得技术人员得以更好地追踪每一个真实信号的路径和表现。
韦伯博士说:“我们希望继续挖掘阿波罗计划时代的月震数据,进一步改善信号质量,以便持续改进我们对于月核组分以及特性的估算更趋精确,并确保未来的探测数据能得到更好的分析。”
美国宇航局未来的探测计划将带来更丰富的数据。今年,美国宇航局将发射“重力恢复和内部实验室”(GRAIL)卫星,这是由美国宇航局的“发现”计划资助的项目之一。这是美国宇航局面向科学界推出的科学设想资助计划,由民间科学机构或大学研究人员自行组团,提出科学设想或创意,一旦入选,将由宇航局提供资金将其变为现实。目前已经资助了诸多成功的项目,如发送第一辆火星车的“火星探路者”计划,首次直接获取彗星喷流粒子样本的“星尘”计划,以及首颗水星轨道器“信使”探测器等。
GRAIL卫星项目将包括发射两颗同样的卫星进入月球轨道,它们将持续工作数月。在此期间以前所未有的精度测量月球重力场。
它们获取的考察数据将回答有关月球的诸多悬而未决的谜题,并帮助科学家更好的理解月球内部结构,甚至其热力学历史。