导语:月球地质构造演化是月球演化史中重要的组成部分,是我国月球探测的主要任务目标之一。自Apollo时代人类登月至今,月球研究取得了飞速的发展,但目前对月球地质构造演化的认识还较为浅薄和零散,尚未形成一套全面的、系统的、科学的月球地质构造演化体系。当今世界,月球的科学价值和战略意义日益突显。

打开网易新闻 查看更多图片

01

月球是太阳系演化的重要参与者,现如今月球研究取得了较多的成果

1、概述

在太阳系中,月球是距离地球最近的天体,地月关系的特殊性使得月球成为人类研究的重点对象。近几十年来,月球研究取得了诸多成果。人类登月的划时代伟大创举,开创了月球地质学研究的新纪元。月球地质学是月球科学研究中基础的学科方向,其主要是通过利用月球遥感探测技术获取的影像和数据对月球进行综合研究。

月球地质学的研究内容主要包括月球的表面撞击构造特征、构造变形形迹、表面矿物与岩石组成成分、地貌的形成与改造过程以及月球的形成与演化过程。由于地月关系的紧密性,加之月球对人类生活的影响,使得月球成为了除地球外人类研究最多的星球。

随着月球探测的不断深入,更多类型、更高分辨率、更高精度探月数据的获取,使得人们对月球的认识愈加清晰。与此同时,月球的重要性也日益突显。当前,月球是世界各强国在航天领域发展和竞争的焦点,月球探测不仅具有一定的科学意义,而且还具有重大的战略意义。

2、月球探索历史回顾

在许多国家的历史文化中,月亮都被奉为女神。古希腊人把月球称为Selene(月之女神),进而引申出月球的科学术语Selenology(月球学)。古罗马人称月球为Luna(月神),而Lunar(月球的)一词就是来源于此。同样,月神也是中国民间流传最为广泛的神仙之一。对月球的观察与探索几乎贯穿了人类的整个历史。

早在公元前5世纪,古希腊哲学家阿那克萨戈拉就明确地认识到月光是来源于日光的反射。而后,古希腊人又首次测出了月球的大小以及地月之间的距离,并掌握了月球的运动规律。月球系统的研究始于17世纪初期。通过使用自制的望远镜,伽利略对月球表面进行了观测,系统地描述了月表的状况,并对月球进行了人类历史上第一次真实描绘。

月球表面明亮程度不一,且崎岖不平,有众多的环形山分布。伽利略称月球表面的阴暗区为月海,称月球表面的明亮区为月陆。继伽利略之后,许多学者用望远镜对月球进行了科学研究。截止17世纪末期,已绘制了多于25张的月面图。

基于前人对月球的研究,提出了目前仍在使用的月球形态命名系统。20世纪50年代,随着遥感技术的发展,人类对月球的研究进入了科学探测的崭新阶段。2004年,我国启动了名为“嫦娥工程”的月球探测计划。

于2007年和2010年分别成功地发射了“嫦娥一号”和“嫦娥二号”两个绕月探测器,获取了月球表面精细影像、月球物质成分分布等资料。2013年12月,我国第一个无人登月探测器“嫦娥三号”成功着陆,成为世界上第三个实现月球软着陆的国家。

3、探月进展

月球作为太阳系演化的重要参与者,较好程度地记录了太阳系演化过程中的痕迹,特别是在地球上已几乎被破坏殆尽的早期演化历史。因此,月球探测不仅对了解月球的形成与演化具有重要科学意义,而且对于地球乃至整个太阳系演化的动力学过程具有一定的示范作用。月球能源与矿产资源的利用是本世纪各国月球探测活动的主要目标之一。

月球蕴藏着丰富的能源与矿产等资源,而资源短缺已成为人类面临的主要问题之一,月球资源的开发与利用对于人类社会的可持续发展具有重要的意义。同时各航天大国也更加关注月球在探测太阳系其他天体中的跳板作用,在月球建立永久性基地,从月球载人登陆火星及太阳系其他星球。

打开网易新闻 查看更多图片

在这个过程中,月球体现出在当今世界中的重要战略价值。21世纪初,我国正式启动了月球探测工程。在新世纪的第一个十年内,我国成功完成了“绕月”阶段的任务。在第二个十年,顺利完成了“落月”阶段的任务,实现了21世纪以来的第一次月面软着陆以及人类历史上第一次月球背面软着陆的壮举。

而我国计划于2020年发射的嫦娥五号探测器将实现月面软着陆以及自动采样返回任务,探月工程将实现“绕、落、回”三步走的全部目标。特别地,我国月球探测即将进入一个崭新的阶段,如何利用已有的探测数据与研究基础挖掘月球形成与演化过程中新的信息,为我国探月工程服务,提高人们对月球的认知水平,是一个重要的科学问题。

月球地质构造研究始终贯穿在整个月球探测史中,它是探讨月球起源与演化历史的重要依据。中国月球探测工程首任首席科学家欧阳自远,将月球研究的主要科学问题归纳为月球大气层的成分及其演化过程、月球的电离层、月球地形地貌的类型与成因、地月空间环境与月表环境、月壤的形成与组成、月球的主要岩石类型与分布。

月球水冰之谜、月球的大地构造区划、月球内部层圈结构与形成过程、月球内部物质分布的不均一性、月球全球性偶极磁场的演化、月球内部能源与月球物质的演化、月球演化的重大事件和月球与地月系的起源等共14个方面。与环形构造相比,月球线状构造的类型丰富多样,如皱脊、月溪、月谷、坑链、叶状陡坎等。

不同类型线状构造的时空分布具有显著差异,它们或呈全球性分布,或呈区域性分布,且形成于月球地质演化的不同阶段。通过对不同类型线状构造的空间分布特征以及形成时代的研究,有利于更深层次地认识月球在不同地质演化阶段全球性或者区域性的构造特征与应力状态。

02

了解月球构造的分类,从形态学角度可进行划分,探究月球的小秘密

1、前Apollo时代

由于技术手段的限制,前Apollo时代月球构造研究的手段较为单一,主要是在地球上使用天文望远镜对月球表面进行观测,通过获取的观测数据来解译分析月表构造特征,并对其进行分类。从形态学角度将月球线状构造分为月陆脊、月谷、线性坑缘、断层、坑链、线性月溪、月海线性脊和中央峰线状部分等8种类型。

并详细描述了不同类型构造的特征,月陆脊是一类正地形构造,主要分布在月球高地地区,由高地物质组成且通常在月壳上位移界限不明确;月谷是负地形结构,可能是大规模垂直位移形成的地堑,又或是由于月壳水平破裂形成的裂缝。许多具有月谷特征的结构边缘呈锯齿状,这实际上可能是一系列聚结的撞击坑。

线性坑缘仅指撞击坑边缘的顶部,不包括撞击坑斜坡上的阶梯状和线状结构,以及主要分布在中央湾至汽海地区呈分裂状的撞击坑边缘;断层是指那些在月表具有明确位移特征的结构,许多山脊可能是断层,但在多数情况下,很少或没有迹象表明它们发生过何种类型的运动。

坑链是由至少三个沿直线均匀间隔分布的撞击坑组成,通常形成坑链的撞击坑具有相似的锐度和直径,或是直径逐渐减小。月溪按几何特征可以分为线性、弧形、不规则状和弯曲月溪四类,不同形态的月溪成因不同,而仅有线性月溪被归入线状构造的范畴。

月海线性脊是指月海脊中直线形态的部分,通常呈雁行状成群分布;撞击坑内的中央峰线状部分在形态上与月陆脊和月谷相似,它们可能包括整个中央峰,也可能仅包括中央峰很小的一部分。

2、Apollo时代

Apollo时代随着探月卫星的发射,获取了大量较高精度的月表影像数据,加之Apollo宇航员登月的实地勘查,使得对月球构造的研究上升了一个层次。1962-1979年期间,美国地质调查局利用已有数据,包括天文望远镜观测数据。

以及Ranger计划、Surveyor计划和LunarOrbiter计划所获取的大量月表影像和Apollo计划全景相机拍摄的月表照片,组织编制了月球区域地质图,共计79幅。Apollo时期月球地质图不同图幅采用的构造分类方案主要依据构造的地形地貌特征。

因此,有些构造实体属于同一成因机制,因在地形地貌上略表现出不同的特征或因存在位置上的差异而被分为不同的构造类型,例如部分凹槽、部分凹陷与地堑成因相同,但因在月表表现特征不同而出现了凹槽、凹陷和地堑三种名称,例如月海陡坎与陡坎同属一种构造,而因存在不同位置而出现不同名称。

打开网易新闻 查看更多图片

其次,还出现不同成因构造在月表表现相似特征而被归为同一种构造,例如坑链与退化的月溪具有相似特征而均被称为不规则凹陷。另外,还存在同一类型构造在不同图幅名称不同的现象,比如月海脊与狭窄平原脊同属一种构造,线性月溪与地堑同属一种构造,因在不同图幅中导致名称不同。

结语:对月球地质构造演化的认识不仅有助于了解月球的形成、演化以及与地球的关系,而且对于太阳系的演化也具有一定的启示意义。本文通过利用已有的月球遥感探测数据和成果资料深入挖掘月球地质构造信息、解释地质构造现象,构建了一个较为合理的、科学的月球地质构造演化模式。