地图集

月亮,一个充满惊喜的故事

月亮是如何形成的?最新的发现表明,我们的天然卫星的历史比思想更令人惊叹:激烈的原始磁场,仍然是最近的火山,倾斜的轴......我们天上的伴侣的过去再次看到。

Matthieu Laneuville. 对于Science N°466
本文保留用于科学用户
月亮是née d’une collision entre la Terre primordiale et d’une autre planète, Théia

在所有作物中,过去或现在,月亮持有一个特殊的地方。它靠近地球,交替的月度周期,新月和满月,促进了许多神话和信仰。她也激发了许多艺术家。在1650年,在 月亮州和帝国的漫画历史,Savini de Cyrano de Bergerac在舞台上设立了这样一个旅行者离开会议的居民,塞莱尼斯。这个名字在希腊神话,Sene,女神和月亮的拟人化中汲取它的起源。

Cyrano de Bergerac的希望在1960年至1970年代与Apollo任务,一项关于政治和科学问题的计划实现了。宇航员报告了这些探险数百千克的月球样本。这些岩石地质史的见证人,这些岩石允许手提木主学家重建月球形成的主要阶段。但近年来,新数据表明,月亮过去保留了惊喜。

即使在他们发现这些最新发展之前,研究人员也知道月亮是一个独特的物体。其尺寸和土地的比例是太阳系的所有行星卫星耦合的比率,而且,它的密度对于这种尺寸的物体相对较小。在巨型分子云的崩溃期间,太阳系将形成46亿年,从而生下阳光和行星。但有些分析表明月球将达到1亿年。如何解释这一班次?

特权方案是土地与一个名叫isia的假设行星之间的碰撞,希腊神话中的塞兰母亲。尽管如此,专家继续讨论该模型的不同方面,这些讨论乘以最近的观察结果。如何解释月亮的组成和地球的组成如此接近?在出生后超过10亿年的强烈磁场赋予月球的过程是什么?以及如何解释月亮呈现相对近期的火山主义?由于新的或更准确的数据,研究人员开始绘制了农历历史难题的答案。

这个故事的第一集是让月球生育的活动。灾难性的Terre-Théia碰撞不是所设想的唯一情景。例如,在1879年乔治达尔文(查理达尔文的一个儿子之一)建议,当她在自己迅速变得非常迅速时,卫星在地球上裂变,被激发了一部分涂层的离心力在太空。

月亮在地球上锻炼力量,这往往会减慢地球的旋转。这意味着过去,在形成月球期间,地球本身就越来越快。为了确定这种速度,有必要考虑地球系统的动力学时刻或角矩的保存。该物理量描述了系统的旋转旋转状态,并且保持 - 在没有外部干扰的情况下,它会随着时间的推移而保持相同的值。由于潮汐力而导致地球旋转的放缓将倾向于减少地球系统的动力学时刻,但它被月亮的远程偏移。

因此,在训练时,月亮将在地球上越来越近十倍,最有可能在几个陆地辐条的距离距离目前的60次。我们推断了地球上一天的持续时间大约是五个小时,乔治达尔文模型的价值太高了。

在另一种拟议的想法中解释月球的形成,是太阳系中其他地方培训的身体的陆地引力领域的捕获。这种情况在20世纪80年代之前在时尚中。然而,首次分析了任务所带来的样本 阿波罗 和苏联任务 Luna. 已经表明,地球和月亮有一个非常紧密的组成,如果月亮在太阳系的另一个区域(行星的组成似乎非常异构的月亮,那么难以解释,如果我们比较的那些例如,地球和3月)。

另一种可能性是CoAccretion情景:地球和月亮将在同一位置形成。但几个论点与这种假设相矛盾。即使地球和月球大衣的组成非常接近,它们也有一些差异,特别是对铁的浓度。当验收形​​成诸如地球或月球的身体的碎屑时,内部结构不同于液体铁芯和涂层。身体铁的总量控制其核心的大小。然而,由于其低密度低,月亮将具有较小的核心,比例地是地球。对于花椰菜模型,核的相对尺寸应该是可比的。在这种情况下,地球系统的动力学时刻应该高于它。

因此,地球碰撞的情景似乎最有前途。该想法是由美国人威廉哈特曼和唐纳德戴维斯的1974年提出的。他们建议月亮诞生于土地的碰撞,在训练中,在月亮之间的大小和3月之间的行星。这种碰撞将在两个体上喷洒,使其组合物均匀化。然后在地球周围形成一个激光碎片,然后它们凝聚形成月亮。近几十年来,研究人员的意义是,它解释了一些其他情景未能解释的观察结果。但是,这是“更糟”的情景:它不是没有缺陷。

从20世纪80年代,Planetologics的数字地模拟碰撞并确认月亮可以形成。这些模型的约束主要是获得良好的动力片和地球和月球的良好最终质量。通过考虑倾斜的碰撞,满足这些要求,以质量为地球火星的秩序。然而,根据这些仿真,AIRAIA贡献了10%的地球质量,70%至90%到月球的质量。这些条件不允许两种体系混合的材料良好,因此不可能解释地球和月亮的组成的非凡相似性。

尘世地幔和月球涂层,尤其是氧气及其不同同位素的第一种比较分析,致以疑问。它们表明了一个紧密的构图,但不确定性非常重要。但是,大约十年来,这些措施已经获得了精确性,并已更加越来越多的元素。他们证实了这种类似的构图,因此是一个“同位素危机”。

如何解决这场危机?已经勾勒出了几个假设以协调观察和模拟。如果太阳系的异质性比预期更受限制,则冲击器可以具有接近地球的组成。此外,仿真表明,略微不同的组成物体可以干预月球的形成,而没有导致最终同位素浓度的可检测变化。在未来几年中,研究人员希望获得关于太阳系(彗星,小行星,金星,汞...)各种机构的组成的额外数据,这将改善元素历史的愿景及其分布。

为了解决“同位素危机”,另一种可能性是月亮主要从地上外套而不是撞击器形成。这涉及修改影响情景发生的条件。

比预期更暴力

2012年提出了一个有前途的曲目:研究所Matija Cuk 然后,萨拉斯图尔特,然后在哈佛大学提出了一种机制,它通过在地球轨道之间的轨道和月亮的地球轨道之间的重力共振效应导致地球系统的动力学瞬间逐渐减少。在地球周围。由于这种机制,仿真中的动力学时刻的保护的约束性较严重,授权更加剧烈的影响,这导致了更重要的原始动力学时刻。因此提出了新一代模型。这些模型包括由地球大小的物体或小体与地球之间的倾斜冲击的可能性的可能性,这在自身上变得非常快。

这些新模型的结果是,月球主要从地幔形成的碎片云,这将解释两个身体的组成的相似性,同时在月球内部的含量证明相对少量的铁。实际上,在碰撞期间,陆地核心的铁太深而无法混合。

要完成,一些型号可以提高碰撞碎片盘,激缝盘的组成与地球的组成不同,但在撞击后形成的圆盘与海洋海洋相互作用的过程,往往均匀化两个体的组成,特别是氧同位素的组成。在这种情况下,完成均质化 一个后念,在与AIRIA碰撞之后。

同位素分析不限于氧气。例如,Hafnium-Tungsten元素有关碰撞日期的信息。铪182年,不稳定,在182年的钨崩解,半衰期为890万年。这些元素与铁的亲和力使其可以使用它们作为陆地和月球核的训练的示踪剂。由于两层涂层的同位素组成不太可能独立地发展朝向相同的值,它们的比较提供了有关构成两个体的材料的起源的信息。

但是,在2015年,马里兰州大学Mathieu Touboul,他的同事们表明,违背了我们所想法的,月球和地球对同位素组成有所不同。其低值表明这种差异来自后期流程到月球的形成。深入的研究将更好地了解原始地球,大教堂和碰撞之间的关系。

因此,观察似乎会聚朝着碰撞的场景。地图学家知道如何解释土地和月球的类似组成以及系统的动力学时刻,即使有些细节仍然澄清。然而,农历历史的下一步提出了自己的问题。

通过意外,通过将潜在的重力能量转化为热量,碰撞的碎片释放了大量的能量。农历的一部分融化到全球岩浆的海洋中,这是几百公里的深度,覆盖了卫星的整个表面。通过冷却,岩浆迅速地结晶到地壳中,主要由凤尾石(富含长石的岩石岩石,其中是月球表面最清晰的区域)。

描述该过程的最简单模型是假设结晶在全球的整个表面上均匀。然后,地壳的特性应该是相同的。没有什么:Plantotologichers注意这些属性的巨大差异,在可见面和隐藏的脸部之间具有不对称的分布。例如,所谓的不相容元素 - 在结晶期间倾向于保留在岩浆的液体部分中,从而在地壳下积聚 - 在可见面上的浓度更大。

一个非常不同的隐藏面孔

日本任务所作的观察 kaguya. (也命名 梅琳)确认这一趋势。特别是,它们表明隐藏侧的镁和铁浓度比在可见面上较高。铁,是一种不相容的元件,在岩浆海洋的第一次结晶中倾向于较低。例如,该观察表明,隐藏面的地壳比可见面更早地结晶。然后,残余岩浆将迁移到可见的面部半球,在那里它将进一步富含放射性元素而不是隐藏的一侧。这不是解释这种现象的唯一方法,但肯定必须修改外壳的简单培训模型。

另一种解释假设结晶是对称的,但月球内部结构的重组已经富集了不相容的元素中的可见面。这些首先在地壳和外套之间的全球化方式形成了密集的层。在流体动力学稳定性的影响下,该层将流入裂缝朝向芯。然后将其含有的放射性元素被加热,因此扩张,其密度会降低,并且它将朝向表面上升。数值模拟表明,迁移不一定是对称的,并且不相容元素层主要朝向可见面。我们将进一步看,这种机制也在月球晚疫病中发挥作用。

地壳的不对称也可能具有外部原点。这可能是结果,例如,将改变半球涂层的组成,但不在另一个巨大的影响。为了回答不对称起源的问题,地图集学家等待了许多月球使命,其中一个模块会出现在隐藏的脸上,并带来样品。

翻转轴

在形成外壳后,有大约43亿年,月亮仍然看起来不像我们今天的形象。实际上,从那时起,我们的卫星被陨石连续轰炸,陨石具有它的陨石坑表面。一个显着的事件是与陨石的碰撞形成,该陨石形成杆子 - 塔基盆地(它是太阳系中最大的已知冲击陨石坑)。由于这种碰撞,月亮的旋转轴摇动了15度。

然后,在41亿和39亿之间,太阳系的缩小行星可能已知一个特别强烈的轰炸期。这一集可能是由于小行星储层的干扰,将小体送到太阳系的内部部分。根据最近的太阳系模型(“漂亮的模型”和“大泰克假设”),修改了行星轨道的木星和土星的原点在这个“大轰炸”的起源。月亮不会逃脱了这种现象和陨石在月球地壳中挖了巨大的盆地。然后这些盆地充满了玄武岩熔岩,通过冷却,形成了月球的黑暗地区的一部分,今天的月球看到了今天或 已婚.

2016年,随着若干同事,我们表明月亮的旋转轴也因内部进化而移动。我们已经看到富含氢气的两个区域,指示水冰的存在,彼此的抗脂肪,但是当前杆的5度。这些地区可能是几十亿年前的波斯。月球内部结构的重组在地区孵化器,玄武岩海,肿块分布的相关变化的原点上会导致月球旋转轴的倾斜。

在其历史的这个阶段,月亮看起来像我们所知道的卫星。然而,如果手提片学家开始对月球的主要地质阶段具有良好的愿景,这种卫星继续让我们惊讶,特别是在过去,在过去,它的发现是强大的磁场。今天不再是这种情况,只有一个剩余的领域,一些岩石冻结。它是由探针于1998年衡量的 月球勘探器 然后,最近,通过 kaguya。 但这种残留的字段是过去一个活跃的全局领域的索引。通过高精度技术最近的样品分析,这种想法得到了加强。

行星或卫星上的重要磁场的存在与否向我们提供关于其内部运作的,因此在其地质历史上。行星磁场由导电液体的运动产生,通常是铁在核心 - 诱导“发电机效应”中。这种运动可能是由于冷却过程:直接,它被称为所谓的热对流,或间接,因为与固体内芯的结晶有关的推力。另一种可能性是运动的机械激活,由于涂层的旋转轴的方向相对于芯的旋转轴方向的突然变化,这产生了差动旋转。此外,农历历史开始的一些主要影响可能具有类似的效果。

机械发电机仍然很少研究,但其操作所需的轨道参数的变化不会解释超过10亿到20亿年的磁场的存在。因此,有必要使用与种子的冷却和结晶有关的发电机,核心的固体部分,以解释持续磁场的存在。例如,陆地场主要取决于种子的结晶。月球上的磁场存在大约40亿年前,可以通过卫星的初始冷却来解释,但是这种场的幅度及其持久性持续时间难以这样解释,因此因为小月亮的大小。

2009年,来自加利福尼亚大学的Ian Garrick-Bethell向Santa Cruz审查了报告的任务样本 阿波罗 使用比以前的敏感技术更敏感的技术。他表明存在于1毫米以上的领域,有42亿年前。实际上,当从熔化的岩石冷却时,原子的磁性时刻在全球磁场上排列。后者然后以剩余领域的形式在岩石中打印他的痕迹。全球领域将持续几百万年,其幅度变化至少两个数量级(1至100微米;地球上约50微米)。根据一些情景,这个领域甚至可以持续20亿年,但是月球岩石可以保存磁场,并且这些场景期望的场值太接近了要检测的实验装置的灵敏度阈值。

一个未知起源的月球发电机

因此,月球磁场因此经历了旧的但短暂的时期,在那里它具有高幅度,然后是与小幅度相关的潜在长时间。如何与月球内部演化模型调和这种场的持续时间,幅度和极端变异性?

考虑到涂层中的水,种子的生长,由于轨道变化或与小行星的碰撞引起的机械锻炼已经解释了一些观察结果,但这些现象都没有生育长期领域。此外,幅度问题仍然是开放的。表面上磁场的强度直接取决于生成该字段的内核的大小。但古老的月球场似乎与今天的陆磁场一样重要,尽管月球核心可能比地球相对于其尺寸小十倍。

月球磁场的完整历史仍然远非写入。更好地了解内部结构和外套的演化将为模型提供更严格的约束。更好的时间数据覆盖范围,包括确定发电机停止时的时期的确定,也将是设计相干模型的伟大资产。

由于最近的观察结果需要重新设计的农历科学的另一个方面是魔法活动。 2014年,由于特派团获得的高分辨率图像 克罗拉 (月球识别轨道器)亚利桑那州立大学的Sarah Braden,他的同事们报告了近70个地形异常的发现非常类似于熔岩流量的火山结构。天文学家基于覆盖这些地区到日期火山的陨石陨石坑的数量:他们的低位数表明这些火山的形成是最近的,年龄少于1亿年。如果确认,有必要通过生产火山热量的机制来理解。实际上,目前的大多数模型只解释了超过10亿年的火山活动。

在替代轨道中,正确恢复月球火山的持续时间及其在卫星表面上的分布,两个场景基于发现月球火山活度与可见脸部的区域强烈相关的发现 kreep. Terrane,丰富的放射性元素(kreep. 是一个首字母缩略词,指明问题中的元素:钾, K,稀土, re - 为了 稀土元素 在英语 - 和磷, P)这两种模型都通过对该地区的放射性要素中的富集的解释来表示:它们是火山活动的原因还是后果?

放射性元素也是我们迄今讨论的不兼容的元素,并在结晶过程中留在残留的岩浆海洋中。冷却后,它们在密集层中积聚而不是下面的涂层,从而产生不稳定的结构。我们在这里达到了建议的场景,以解释地壳成分的不对称性:该层流入涂层并优选地升高朝向可见面,尤其是在寄生虫区域中 kreep. iterane。上升,压降,底层并产生表面的预期火山的类型。该模型的成功之一是季度:最古老的铸件最多有300万年。它看起来似乎与密集元素倾向于陷入斗篷的想法也兼容。另一方面,这些熔岩的组成不直接对应于观察结果。在这种情况下,预计玄武岩富含不一致的元素,这是不明确的情况。

在月球上的火山

另一个版本认为放射性要素的这种浓缩作为火山主义的原因。假设在内部重组期间,在不相容的元件的内部重组期间,它们积累在孵化区中,所形成的层将加热以熔化涂层的上部并产生不持续的局部火山活性。直到最近。该过程在一段时间内传播,该时段也对应于第一熔岩流的观察时间。从月球表面带来的样品的研究表明,放射性元素大多与地壳混合,熔岩流量很少存在,这加强了这个版本的月历史。

两种情况都没有完全令人满意。在第一种情况下,解释放射性元件迁移的条件是不确定的。如我们所见,仍然没有通常接受的机制,用于解释月球地壳下不相容元素的异质分布。这种模型也需要为第二种模型带来权重。另一方面,涂层的演化对核心的演变具有直接后果,因此对原始磁场的产生产生了直接的影响。

月亮的历史仍然隐藏其他惊喜吗?由于对农历勘探的重新兴趣,我们很快就能很快了解。即使他们并非所有人都没有科学目标,通过空间探索的大国编制的任务也可能导致巨大的发现。

目前,月亮的观察结果是一个不完整的形象,其房间并不总是适合。然而,近几十年来,天文学家迄今取得了很大的进步,以了解地球伴侣的理解。和月亮长期被认为是一个令人难以置信的历史的惰性机构被揭示为一个积极的天体和强烈的兴趣。

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