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为什么月球上的陨石坑直径很大,但却很浅呢?

2020-07-20 23:07阅读(110)

为什么月球上的陨石坑直径很大,但却很浅呢?:月球正脸好几块大黑斑(月海),背面则是一张“麻子脸”,所以我从不夸谁“美得如月亮一般”。月球是我们神秘的小

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月球正脸好几块大黑斑(月海),背面则是一张“麻子脸”,所以我从不夸谁“美得如月亮一般”。

月球是我们神秘的小邻居,它表面布满了大大小小的环形山。因为没有地质活动,也没有水、风、生物的侵扰,这些陨石撞击痕迹可以一直保留到几十亿年后地月系坠入太阳的时候。

▲地月系。

说月球陨石坑浅其实不对,它们并不浅,很多大陨石坑都有6-7公里深呢。只是它们好像约好了似的,所有直径几十上百公里级别的陨石坑,它们的深度都在6-7公里范围内,月球上没有超过8公里深的陨石坑

地球上很多陨石坑刚形成那一刻都非常深。有人推测说,刚“砸”出来的陨石坑,它的深度应该是直径的4倍,我认为差不多。但用不了多久,地表、坑壁的塌陷和地幔物质的上涌便会把坑填上一大半。剩下的痕迹在水、风、地质运动和生物的作用下被慢慢侵蚀,越来越平坦直到消失。所以在地球上,最大的,直径上百公里的陨石坑往往也只有200到300米深。(灭绝恐龙的希克.苏鲁伯陨石,留下的撞击坑直径180公里,但深度已不足百米)

▲撞击坑形成的大致过程。

那月球没有侵蚀作用,为什么陨石坑也那么“浅”呢?先按形成时间说吧。

早期月球陨石坑。

月球形成于45亿年前,而地月系遭受小行星密集撞击的“大轰炸时代”发生于35-30亿年前。那个时候的月球与现在并不相同——它还是热乎的。35亿年前的月球和如今的地球一样,由冷凝的月壳、炽热的月幔和月核等圈层组成。

当小天体以每秒50公里的速度撞击月球,“薄薄的”月壳根本招架不住,一下便被洞穿了。月幔物质会通过这个大洞涌入月球表层,将大洞填平,留下一圈环形山。然后抛射物回落,盖住玄武岩,一个底部平坦的早期陨石坑便形成了。

▲月球撞击坑。

随着月球核心温度的降低,半熔融的柔性月幔开始凝固,坚硬的玄武岩、橄榄岩等不断在月壳底部形成,月壳层越来越厚,越来越硬。不过这个时候,“大轰炸”时代早已经过去了。

近期月球陨石坑。

近十亿年,月球遭受的撞击加一块也许都没“大轰炸”时代一年的多。尤其是月球被地球潮汐锁定,只以一面面对地球后,正面的陨石被地球挡住了,严重些的陨石撞月事件便只发生在月球背面了。

▲潮汐锁定。

这期间形成的大型陨石坑,深度仍极少超过6公里,原因并不复杂——就是撞不动。

如今的月球,其内核几乎已经凉透。几十米的“月壤”下面,便是近1500公里厚的玄武岩层,直达月核。打个比方,月球就好比一颗酸枣核,梆梆硬而且几乎是实心的;地球则好像一颗荔枝,内核外皮硬,中间仍然是柔软的。想象一下这两个不同物体受到高速砂粒撞击的结果,枣核上就留一个白点儿,荔枝上撞出一个窟窿。

▲月球内部圈层。

而且我认为,从月球表面到月核,物质硬度应该是逐渐递增的,因为岩石中的金属含量越来越高了。所以,一般陨石携带的能量只能撞碎月表以下6公里范围内的岩层,再向下遇到极其坚硬的金属岩石混合层,它们便无能为力了。

也许还有一个原因,月球发生过一系列超级月震,使原本很深的陨石坑发生了崩塌。证据:月海。

月球被地球引力潮汐锁定的具体时间已经无从可考,我们只知道当锁定形成时,月球内部一定深度仍保持着熔融状态。

当月球自转彻底被地球引力锁定后,它便只能永远以同一面面对地球了。这造成月球沉重的铁质核心并不处在球体的中心,而是被吸引得偏向地球一侧。炽热的月幔物质被铁核挤压着从月球正面溢出月表,海量岩浆覆盖了面积巨大的区域。这些岩浆冷凝后,便成了黑色的月海。

▲月海和大型撞击坑分布图。

不难想象,这个过程肯定是伴随着整个月球的强震的,岩浆覆盖了月球正面众多的陨石坑;持续不断的月震则使月球背面的陨石坑滑坡崩塌,在陨石坑底部堆积出巨大的斜面。最后,坑底斜面松散的崩落物在强震下被夷为平地,只剩相对坚实的环形山和岩壁,于是形成了底部较平坦,最深6公里多的陨石坑。

总结一下。

月球上,直径大于1公里的撞击坑有33000个,最大的一个位于月球南极,直径接近300公里(深度也没突破7公里)。不过也有资料显示,最深的月球陨石坑深达8700米(叫牛顿撞击坑,不是牛顿撞的)。

以上推测中,前面的比较靠谱,第三小节的“月震说”是我自己脑补的,而且这个说法并不太完美,因为它不能很好解释大型陨石坑里的中央山峰是如何出现的。

▲忽略箭头,注意坑中央白亮的中央峰。

所以我个人最认同的说法是:月球冷凝后,深层的玄武岩.金属混合物强度高、韧性极大,100万亿吨TNT爆炸的能量(相当于希克.苏鲁伯陨石撞击)只能在月球上炸出一个6到7公里深的坑。

如有谬误,烦请指正。欢迎喜欢科学的朋友们关注:纯野生科学家。不列公式,不堆数据,专业化繁为简,每天分享通俗易懂的科学小知识。

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为什么月球上的陨石坑直径很大,但却很浅呢?

月球是地球唯一的天然卫星,在距离地球平均38万公里的轨道上,始终如一的围绕地球公转,在静静地观望地球上的沧海变迁时,也用它那“娇小”的身躯阻挡着一部分来自地月系统以外小行星的撞击,从而最大限度地减少了小行星对地球撞击的几率,为地球以及上面的各种生物提供了一个相对安全的环境。有不少人在看到月球的图片时,往往都会被上面密密麻麻的陨石坑所震撼,有的陨石坑直径很大,但从图片上看到深度却很浅,这是怎么回事呢?


能够到达地月系统的地外小行星,绝大多数都来自于木星和火星之间的小行星,以及海王星外侧的柯伊伯带,根据科学家们估算,这两个区域内拥有小行星的数量分别达到50多万颗和200多万颗。这些小行星其实在这些区域的分布密度很小,平均距离甚至会达到几万公里,但是在太阳引力以及其它行星引力扰动的干扰之下,有时小行星与小行星之间会发生轨道交错,从而发生碰撞,一方面有较大的概率分裂,另一方面会改变原有运行轨道,向着太阳系其它方向四散开来,其中就有一部分的移动目标指向地月系统。


由于月球被地球潮汐锁定,它的一面始终面向地球,而在地球看来,向着地球一面的月球表面陨石坑较小,很多人认为是地球阻挡了小行星的撞击,实际上这方面的因素所占的比重较小,因为地球和月球之间的空间仍然十分宽阔,从地球系统外围过来的小行星,被地球完全阻挡住的时间占比,仅占据了月球处于地球和太阳之间总时间段的一小部分,大部分时间月球向着地球的一面,也会完全暴露在外部,经测算,在地球的直接正面阻挡小行星撞击,对于月球正面陨石坑较少的贡献率,仅占据了10%左右,显而易见,还有其它的原因使得月球正面这么“平坦”。


要解释这个原因,还得从月球的形成过程谈起。在地球刚诞生不久,大约45亿年以前,地球还处于通体炙热的状态,此时一颗与火星大小差不多的行星-忒伊亚,与地球发生了剧烈的正面碰撞,使得忒伊亚的主体部分与地球融为一体,在剧烈撞击作用下,地球和忒伊亚的一部分组成物质被剥离出去,没有重新降到地表的那些物质,在引力作用下围绕着地球运转,经过漫长的时间,这些物质又在相互的引力作用下发生聚集,最终形成一个岩质星体,成为了地球唯一的卫星-月球。


刚形成的月球,整体也非常炙热,上面火山喷发现象和地球一样非常频繁,不过,月球由于质量较小,其冷却的速度要比地球快一些,而且在潮流力的作用下,月球的自转速度也逐渐变小,慢慢地与公转速度趋于一致。由于此时地球的表面还非常炙热,在热辐射的作用下,月球向着地球的一面,受到的热量输入要远远大于背面,因此正面冷却速度较慢,表面呈现出的熔融状态的时间较长,在小流星冲击非常剧烈的时期,由于表面具有一定的流体特性,比较难以形成陨石坑。背面由于冷却速度快,在陨石撞击之下形成了非常密集的陨石坑,一直从冷却时期算起到现在,老的和新的陨石坑交错分布,而且月球上几乎没有大气层,所以陨石坑体受到风化作用的影响非常弱,几乎可以保持原有的状态。


前面解释了月球背面为何陨石坑远远多于正面的原因,那么为何月球的陨石坑看起来较浅呢?当然,这只是从感观上得来的直觉。我们知道,形成陨石坑的原因,就是来自于陨石撞击岩质星体表面时所释放和转化的巨大能量,一方面在直接冲击下将星体表面的岩层撞穿,组成物质进一步就被压实,另一方面在岩石阻力作用下,大量动能转化为热能,从而使撞击区域的部分岩体发生熔化或者气化。这两种作用共同推动形成了陨石坑的形成。


因此,如果排除小行星撞击时的速度差异,那么能够决定着陨石坑大小和深度的因素就变成了陨石的大小,这里有一个概念-撞击直径和深度比,来衡量产生陨石坑的相应规模效应,当然这个撞击直径和深度比势必会与岩质行星地壳的平均密度以及表面重力加速度紧密相连,而且必须是简单的撞击。据科学家们测算,在近太阳的这几个岩质行星,包括月球,它们的撞击直径和深度比几乎差别不大,如果拿地球和月球来说,它们的撞击直径和深度比反而是地球要大一些,只有0.15左右,而月球可以达到0.2,这也代表着同样大小的小行星,在撞击地球和月球时,在地球表面会形成较深的陨石坑。只不过,地球上拥有浓密的大气层,地表也会经历降雨的冲击,在长期的风蚀、水蚀以及物质搬运堆积的过程中,陨石坑逐渐会被填平、环形山也同时被磨平,逐渐失去原有的痕迹。


当然,以上这个撞击直径和深度比只是一种理想化状态,它考虑的主要是星体表面岩层的平均密度,并没有波及星体深处的平均密度,然而,当我们想要论证非常大的陨石撞击所形成的陨石坑,则不得不考虑星体岩层表面以下的深层地质构造以及物质组成。由于月球的引力较小,相同的陨石造成的陨石坑直径通常要比地球大6倍左右,形成更加复杂的撞击坑,由于月球内核的完全冷却,月球通体都是由冰冷坚硬的岩石所组成,中间没有像地球地幔那样的熔岩物质,所以对大尺寸陨石降落时特别是向着深处钻进时的阻力,要比地球上大得多,所以撞击坑的深度一般都不会超过8公里。另外,月球上虽然没有风力和降雨对陨石坑的侵蚀,但是在太阳风、宇宙射线等的影响下,以及新陨石坑的重叠撞击,原有的陨石坑地貌也会不断发生着变化。



正是以上各种因素的共同作用,才使得我们看到的月球陨石坑深度,与其直径大小似乎不太成比例,再大直径的陨石坑,其深度也看上去很浅。不过即使这样,与地球上残留的陨石坑相比,月球的陨石坑也要深很多。

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能够到达地月系统的地外小行星,绝大多数都来自于木星和火星之间的小行星,以及海王星外侧的柯伊伯带,根据科学家们估算,这两个区域内拥有小行星的数量分别达到50多万颗和200多万颗。这些小行星其实在这些区域的分布密度很小,平均距离甚至会达到几万公里,但是在太阳引力以及其它行星引力扰动的干扰之下,有时小行星与小行星之间会发生轨道交错,从而发生碰撞,一方面有较大的概率分裂,另一方面会改变原有运行轨道,向着太阳系其它方向四散开来,其中就有一部分的移动目标指向地月系统。由于月球被地球潮汐锁定,它的一面始终面向地球,而在地球看来,向着地球一面的月球表面陨石坑较小,很多人认为是地球阻挡了小行星的撞击,实际上这方面的因素所占的比重较小,因为地球和月球之间的空间仍然十分宽阔,从地球系统外围过来的小行星,被地球完全阻挡住的时间占比,仅占据了月球处于地球和太阳之间总时间段的一小部分,大部分时间月球向着地球的一面,也会完全暴露在外部,经测算,在地球的直接正面阻挡小行星撞击,对于月球正面陨石坑较少的贡献率,仅占据了10%左右,显而易见,还有其它的原因使得月球正面这么“平坦”。要解释这个原因,还得从月球的形成过程谈起。在地球刚诞生不久,大约45亿年以前,地球还处于通体炙热的状态,此时一颗与火星大小差不多的行星-忒伊亚,与地球发生了剧烈的正面碰撞,使得忒伊亚的主体部分与地球融为一体,在剧烈撞击作用下,地球和忒伊亚的一部分组成物质被剥离出去,没有重新降到地表的那些物质,在引力作用下围绕着地球运转,经过漫长的时间,这些物质又在相互的引力作用下发生聚集,最终形成一个岩质星体,成为了地球唯一的卫星-月球。刚形成的月球,整体也非常炙热,上面火山喷发现象和地球一样非常频繁,不过,月球由于质量较小,其冷却的速度要比地球快一些,而且在潮流力的作用下,月球的自转速度也逐渐变小,慢慢地与公转速度趋于一致。由于此时地球的表面还非常炙热,在热辐射的作用下,月球向着地球的一面,受到的热量输入要远远大于背面,因此正面冷却速度较慢,表面呈现出的熔融状态的时间较长,在小流星冲击非常剧烈的时期,由于表面具有一定的流体特性,比较难以形成陨石坑。背面由于冷却速度快,在陨石撞击之下形成了非常密集的陨石坑,一直从冷却时期算起到现在,老的和新的陨石坑交错分布,而且月球上几乎没有大气层,所以陨石坑体受到风化作用的影响非常弱,几乎可以保持原有的状态。前面解释了月球背面为何陨石坑远远多于正面的原因,那么为何月球的陨石坑看起来较浅呢?当然,这只是从感官上得来的直觉。我们知道,形成陨石坑的原因,就是来自于陨石撞击岩质星体表面时所释放和转化的巨大能量,一方面在直接冲击下将星体表面的岩层撞穿,组成物质进一步就被压实,另一方面在岩石阻力作用下,大量动能转化为热能,从而使撞击区域的部分岩体发生熔化或者气化。这两种作用共同推动形成了陨石坑的形成。因此,如果排除小行星撞击时的速度差异,那么能够决定着陨石坑大小和深度的因素就变成了陨石的大小,这里有一个概念-撞击直径和深度比,来衡量产生陨石坑的相应规模效应,当然这个撞击直径和深度比势必会与岩质行星地壳的平均密度以及表面重力加速度紧密相连,而且必须是简单的撞击。据科学家们测算,在近太阳的这几个岩质行星,包括月球,它们的撞击直径和深度比几乎差别不大,如果拿地球和月球来说,它们的撞击直径和深度比反而是地球要大一些,只有0.15左右,而月球可以达到0.2,这也代表着同样大小的小行星,在撞击地球和月球时,在地球表面会形成较深的陨石坑。只不过,地球上拥有浓密的大气层,地表也会经历降雨的冲击,在长期的风蚀、水蚀以及物质搬运堆积的过程中,陨石坑逐渐会被填平、环形山也同时被磨平,逐渐失去原有的痕迹。当然,以上这个撞击直径和深度比只是一种理想化状态,它考虑的主要是星体表面岩层的平均密度,并没有波及星体深处的平均密度,然而,当我们想要论证非常大的陨石撞击所形成的陨石坑,则不得不考虑星体岩层表面以下的深层地质构造以及物质组成。由于月球的引力较小,相同的陨石造成的陨石坑直径通常要比地球大6倍左右,形成更加复杂的撞击坑,由于月球内核的完全冷却,月球通体都是由冰冷坚硬的岩石所组成,中间没有像地球地幔那样的熔岩物质,所以对大尺寸陨石降落时特别是向着深处钻进时的阻力,要比地球上大得多,所以撞击坑的深度一般都不会超过8公里。另外,月球上虽然没有风力和降雨对陨石坑的侵蚀,但是在太阳风、宇宙射线等的影响下,以及新陨石坑的重叠撞击,原有的陨石坑地貌也会不断发生着变化。正是以上各种因素的共同作用,才使得我们看到的月球陨石坑深度,与其直径大小似乎不太成比例,再大直径的陨石坑,其深度也看上去很浅。不过即使这样,与地球上残留的陨石坑相比,月球的陨石坑也要深很多。

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有一种特别奇幻的说法,月球其实是一个空心的星球,它的外壳特别坚硬,表面有一层薄土作为掩饰

每次接受撞击的时候,都不会深入太多,那里面真的住着外星人吗?还是住着嫦娥玉兔,这就不得而知了,这个说法是民间流传,并没有什么科学依据。

有科学依据的解释

由于数十亿年的小行星撞击,整个月球表面都被彻底粉碎,深度达数米。每一次小行星撞击都会产生大量的尘埃和碎石进入亚轨道轨道,然后这些尘埃和碎石又会降落到月球上,从而填满所有先前存在的陨石坑,使它们变得越来越浅。

@当形成一个更大的陨石坑时,会有一种反弹现象,在撞击后“向后推”,最终在陨石坑中心出现一个中心峰值。同样在较大的撞击坑中,陨石坑底部通常会立即被“撞击熔化物”淹没,而“撞击熔融物”往往会进一步填充陨石坑。我就是这么想的。这是个好问题。

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按照科学的方式进行计算,月球表面的陨石坑的深度应该是直径的4倍到5倍,而大部分我们看到的陨石坑的深度感觉不是这个比例。而经过月球探测器确认,月球表面的陨石坑并不浅,只是当我们观看月球时,陨石坑的山上和山下的亮度一致,让我们误认为他们的高度没有太大的差别,其实只是视觉的误差而已。从侧面看还是很深的。

但是也有个别的陨石坑深度经过探测只有直径的2%,这完全无法用科学去解释,又一次印证了,月球地表下面有一层坚硬物质,美国登月时也无法过去地面以下的岩石,月球的神秘也就在此处。人类一直对月球是不是地球的一部分产生怀疑,月球探测器带回的土壤分析和地球的成分没有区别,可月球的岩石坚硬的让陨石都无法击穿。

难道月球真的是一个围绕地球飞行的飞船吗,月亮坚硬的地表没有解答之前,这问题将会一直是太空科幻爱好者茶余饭后的话题。

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月球体积小引力小。不是相对小较快的去了更大的。