月球一直在縮小，會縮成葡萄干那樣嗎？

出品：科普中國

作者：Denovo

監(jiān)制：中國科普博覽

每逢中秋，我們抬頭望見的那輪又大又圓的滿月，似乎亙古未變，默默守護著我們。

然而你可能不知道，月球在幾億年間其實一直在緩慢收縮。

早在2010年美國國家航空航天局對月球勘測軌道器 (LRO) 圖像的分析發(fā)現(xiàn)，隨著月球內(nèi)部的逐漸冷卻，月球表面出現(xiàn)了許多推覆斷層，這些是月球收縮的證據(jù)。

盡管如此，不用擔心月亮會縮成像葡萄干那樣布滿褶皺的形態(tài)——研究顯示，在過去的幾億年間，對于整體直徑大約為3,474公里的月球，其僅僅縮小了約50米。

月球萎縮成葡萄干一樣

（圖片來源：作者AI生成）

月球的結(jié)構(gòu)

月球為什么會縮?。课覀兛梢詮脑虑虻慕Y(jié)構(gòu)開始說起。

月球的結(jié)構(gòu)主要可以分為三層：月殼、月幔和月核。月球的地殼厚度大約為幾十公里，主要由富含氧化物的巖石組成，表面覆蓋著一層厚度不一的月壤，由隕石撞擊形成的碎片和塵土構(gòu)成。

月球的結(jié)構(gòu)

（圖片來源：Wikipedia）

月殼下方是地幔，厚度約為1000公里，主要由硅酸鹽礦物組成，具有較低的密度和較高的黏度。

核心位于月球的最深處，分為外核和內(nèi)核，外核被認為可能是部分熔融的液態(tài)金屬，主要由鐵和硫組成，而內(nèi)核則是固態(tài)鐵。月球的核心相對較小，占總體積的不到3%，這與地球不同，相比之下，地球的核心約占總體積的17%。

月球

（圖片來源：作者拍攝）

月球也會發(fā)生“月震”

由于月球的核心較小且熱活動有限，月球表面并不存在類似地球的板塊運動和火山活動，但月球上也會發(fā)生類似地震的現(xiàn)象！

我們經(jīng)常會聽到國內(nèi)外的地震的新聞，地震是由地殼中的應力積累和突然釋放引起的自然現(xiàn)象。當?shù)貧ぶ械膸r層在構(gòu)造板塊的運動下逐漸積累能量，超過了巖層的承受極限時，巖層會突然斷裂或發(fā)生位移，釋放出大量的能量。這些能量以地震波的形式傳播，導致地表震動。

地震通常發(fā)生在板塊邊界處，如俯沖帶、轉(zhuǎn)換斷層或擴張中脊，那里巖層的運動最為劇烈。地震的強度和影響取決于能量釋放的規(guī)模和震源深度。

月球上也會有地震

（圖片來源：作者拍攝）

月球上也會發(fā)生地震嗎？是的，月震就是發(fā)生在月球上的地震現(xiàn)象，與地球上的地震類似，但有不同的成因和特性。

目前記錄了數(shù)百次深層月震，并且從1969年至1977年記錄了28次淺層月震。深層月震是由地球的引力的潮汐力引起的，發(fā)生在月球的500到700公里的深處，往往成群發(fā)生。

而淺層月震，通常發(fā)生在月表以下20到30公里處，由月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的應力釋放引起。雖然比深層月震少見，但淺層月震規(guī)模更大，體波震級> 5.5，應力降超過 100 MPa，意味著月震釋放的能量非常巨大。其他月震活動源包括隕石撞擊或登月艙的登陸因素造成。還有一種熱月震，與晝夜溫度變化導致月球表面材料熱脹冷縮有關(guān)。

月球的冷卻和收縮是導致月震的主要原因之一，特別是在月球核心逐漸冷卻時，月殼收縮并形成斷層。這種過程會引發(fā)淺層月震，強度可達5級以上的里氏震級，持續(xù)時間較長。與地震不同，月震的震動持續(xù)時間更長，淺層月震可以持續(xù)數(shù)小時甚至整個下午，因為月球表面較為干燥和剛硬，類似于振動的音叉。

月球縮小后會有葡萄干那樣的褶皺嗎？

關(guān)于月球的逐漸縮小，科學家們通過NASA的月球勘測軌道飛行器和阿波羅任務的地震數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，月球的冷卻導致其表面形成了數(shù)千個推覆斷層。

推覆斷層是地質(zhì)學中的一種斷層類型，它發(fā)生在巖層受到擠壓時，使得較老的巖層沿著斷層面被推到較年輕的巖層之上。這種斷層通常形成于水平或近水平的應力環(huán)境中，并且斷層面傾角較低（一般小于30度）。推覆斷層的特點是巖層在水平擠壓下發(fā)生了明顯位移，造成地殼的縮短和增厚。

月球背面高地的推覆斷層的數(shù)字模型

（圖片來源：文獻4）

可以將推覆斷層比作葡萄干的褶皺，有助于我們形象化理解，但它們在形成機制和表現(xiàn)上有顯著不同。葡萄干的褶皺是由于水分流失，外表皮在體積縮小時發(fā)生的收縮，導致表皮起皺。

而推覆斷層則是地質(zhì)或天體巖層在受到水平壓縮時，發(fā)生大規(guī)模的巖層擠壓和推移，形成較大的斷層面。這些斷層通常表現(xiàn)為小型的懸崖狀地形，類似于樓梯。推覆斷層的形成是隨著月球內(nèi)部熱量逐漸散失，月殼在收縮過程中形成斷層，這個過程也伴隨著月殼的褶皺和破裂。

月球南極附近的推覆斷層

（圖片來源：文獻3）

這些斷層和月球的收縮與淺層月震有關(guān)，研究表明月球的這些淺層月震可能會持續(xù)較長時間，甚至達到幾個小時。由于月球表面較為干燥且密實，月震的震動可以通過斷層引發(fā)滑坡，尤其是在月球南極地區(qū)。該區(qū)域同時也是NASA“阿爾忒彌斯”任務的著陸候選地之一，因此地震活動可能對未來的月球探測和基地建設(shè)構(gòu)成潛在風險。

今年在《行星科學雜志》上發(fā)表的一篇新論文中，研究小組將位于月球南極地區(qū)的一組斷層與50多年前阿波羅地震儀記錄的最強月震之一聯(lián)系起來。研究人員還通過建模分析了南極區(qū)域的表面穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)一些區(qū)域特別容易受到滑坡和地震引發(fā)的影響。這些區(qū)域中，有些位于永久陰影區(qū)，可能含有水冰資源，是未來探索的重要目標，月震引發(fā)的滑坡可能影響月球表面穩(wěn)定性，增加未來探測任務的風險。。

月球南極區(qū)域的月震分布

（圖片來源：文獻3）

結(jié)語

月球的收縮過程非常緩慢，主要通過月表的斷裂和褶皺來表現(xiàn)。這樣的變化非常微小，幾乎不會影響我們在地球上看到的滿月美景。因此，每年中秋，我們依然可以安心地欣賞那一輪圓潤的月亮，體會它帶來的寧靜與祥和。

參考文獻：

1.Goins, Neal Rodney, A. M. Dainty, and M. N. Toks?z. "Lunar seismology: The internal structure of the Moon." Journal of Geophysical Research: Solid Earth 86.B6 (1981): 5061-5074.

2.Nunn, Ceri, et al. "Lunar seismology: A data and instrumentation review." Space Science Reviews 216.5 (2020): 89.

3.Watters, T. R., et al. "Tectonics and Seismicity of the Lunar South Polar Region." The Planetary Science Journal 5.1 (2024): 22.

4.Watters, Thomas R., et al. "Shallow seismic activity and young thrust faults on the Moon." Nature Geoscience 12.6 (2019): 411-417.