研究月球地貌演化

由滿月看月球簡史 由滿月看月球簡史

用肉眼觀察滿月，最容易留意的是深色的月海和淺色的高地。這些地貌是如何形成的？

這時，月球是一團熔岩，密度較高的熔岩沉下，密度較低、含鈣量較多的淺色熔岩浮起。由於浮起的熔岩容易冷卻，所以一些淺色高地首先凝固形成。 約在45億年前 (地球約在50億年前形成) ，一個和火星差不多大的星球和地球相撞，撞擊把大量物質由地球拋到太空，這些東西便慢慢因萬有引力而形成一個球體，繞地球旋轉。   這時，月球是一團熔岩，密度較高的熔岩沉下，密度較低、含鈣量較多的淺色熔岩浮起。由於浮起的熔岩容易冷卻，所以一些淺色高地首先凝固形成。 漸漸地，其他部份的月球表面相繼凝固，整個地表便形成了。

它們的深度極淺，面積非常巨大，最特別的是撞擊會在周圍隆起數個呈環形的山脈系統，圍繞撞擊中心。 月海的形成，則涉及隕石撞擊。 月球形成後，不時受隕石撞擊。一些巨型的隕石撞擊產生大型的隕石坑(直徑大過200-300km左右) ，形狀一點兒也不似我們一般人所期望的半球體形坑。 它們的深度極淺，面積非常巨大，最特別的是撞擊會在周圍隆起數個呈環形的山脈系統，圍繞撞擊中心。 由於這種地形一點兒也不似隕石坑，不少科學家稱它們為 隕擊盆地(Impact Basin)。  

要觀察最典型的隕擊盆地結構便要到月球的背面，那裡有一個龐大的東方隕擊盆地 (Orientale Basin) ，是月球是最年輕的隕擊盆地，清楚展示它的多環結構。 圖片來源：NASA

由於月球內部向上湧出的熔岩是火成岩，鐵和鎂的成份較多，於是較深色，使月海的顏色較深。 隕擊盆地形成後，一些放射性物質的衰變產生大量熱能，使月球內部距表面數萬公里的岩石重新熔化，並沿隕擊盆地底部的裂紋向上湧流出表面，漸漸注滿了整個隕石坑， 淹沒了多環結構，形成平坦的月海。 由於月球內部向上湧出的熔岩是火成岩，鐵和鎂的成份較多，於是較深色，使月海的顏色較深。  

第谷坑的壯觀輻射紋

滿月時，可清楚看到月球南部有一個隕石坑，而且有大量白色條紋由這裡發散出來。這個稱為第谷(Tycho) 的坑，是月球最年輕的大型隕擊，在恐龍雄霸地球時形成。   第谷坑

那些白色條紋稱為「輻射紋」，由隕石撞擊時彈出的次隕石產生。由於撞擊時部份彈出物為粉狀，而粉狀的碎石容易反射陽光，如同玻璃粉呈白色的原理一樣， 因此輻射紋較周圍淺色。

第谷隕擊距今「只是」約一億年，是其中一個最年輕的隕石坑，現時它的溫度仍較周圍高。 第由於它較年輕，使它的輻射紋較明顯。 輻射紋通常隨時間變暗淡，例如被其它隕擊產生的新輻射紋覆蓋在上面，所以明顯的輻射紋顯示第谷坑很年輕。  

進一步觀察，你會發現輻射紋能到達很遠的地方，這是因為月球的地心吸力較小，而且沒有空氣阻力，於是彈出物能到達很遠的地方。

此外，你能否看到第谷中央的周圍有一個暗環？ 這個暗環是如何形成的？ 此外，你能否看到第谷中央的周圍有一個暗環？ 這個暗環是如何形成的？

科學家發現這地區有大量類似小水洼般的地形，科學家推測隕石撞擊時，高溫熔化了不少物質，如雨水般濺到空中，然後如雨水般落下，形成小水洼，最後凝固成現在的樣貌。  

一般來說，暗環形成後會有其他過程慢慢地把它的顏色轉淡，例如被其他隕石撞擊出的彈出物鋪在上面。但是由於第谷非常年輕，未有足夠時間使暗環的顏色轉淡。

危難海和Proclus隕石坑 危難海和Proclus隕石坑

月球最東部有一個很完整、四面完全環山的月海， 這便是圓形的危難海。 危難海

但是，其實危難海是否真的是圓形？由於它位於月球的邊緣，由我們的角度觀看很難看到它的真正形狀。

讓我們再試用電腦軟件模擬我們乘坐太空船，飛到危難海上空向下望的景像。其實它是一個橢圓形。  

危難海的西部有一個明顯的隕石坑，稱為Proclus，有月球表面其中一些最明顯的輻射紋。

仔細觀察這些輻射紋，你會發現和第谷一樣並非均勻地向四方八面發散，我們稱這種輻射紋為「非對稱輻射紋」(asymmetric crater rays)。   第谷

如果同一時間觀察Proclus和第谷的輻射紋，會否覺得它們好像孖生兄弟般相似？

實驗顯示，如果入射角度大過45度，輻射紋是對稱的， 均勻地向四方八面發散。 實驗顯示，如果入射角度大過45度，輻射紋是對稱的， 均勻地向四方八面發散。 如果入射角度越低，隕石坑越成長形，次隕石便會傾向往前方進發，跌落月面時撞出一連串的小坑，碎石形成輻射紋。 如果入射角度低於15度，彈出物會更加集中於下游地區，而且上游的區域會變得幾乎沒有輻射紋。 Proclus和第谷便是由低角度的斜撞擊所形成。  

研究發現，斜撞擊是最容易產生離開月球的彈出物。 可能形成Proclus和第谷時產生的彈出物， 部份之後落到地球。   如果斜衝擊的入射角度更低，則會形成更特別的地貌， 例如Messier和Messier A隕石坑。

奇怪的Messier和Messier A隕石坑

 另一個有趣的斜撞擊位於危難海南部的豐饒海 (Mare Fecunditatis)，在它的西部可以找到月球表面其中一對最奇怪的隕石坑。

東面的坑稱為Messier，呈橢圓形；西面的坑是Messier A，向西伸展出一對非常容易看到的平行的輻射紋。

研究顯示以下的形成過程：一個隕石由極低角度 (1度至5度) 撞擊月面，形成東面長形的Messier，然後彈起，再落下形成Messier A，如同在海面玩「片石」一樣。彈出物則繼續向前飛，形成向西伸展的長輻射紋。  

參考資料 Wood, Charles A. (2003), 'The Modern Moon: A Personal View', Sky Publishing Corporation. Rukl, Antonin (2004), 'Atlas of the Moon', Sky Publishing Corporation. Lunar Picture of the Day: http://the- moon.wikispaces.com/LPOD

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