代小佩/科技日报

7月20日是人类月球日。月球是距离我们最近的天体，近到在月球表面留下人类的脚印。从仰望月球开始，人们便对其开展了持续研究，许多关于月球的特性都已被我们所掌握。

然而，这个“近邻”仍留有许多谜团，有待我们去探寻。月球是如何诞生的？它的年龄几何？月球磁场为何消失？地月距离又为何逐渐变远？对于这些问题的研究，不仅能够帮助我们了解月球本身，更能借此去探求宇宙更多的奥秘。

三大谜团引人关注

月球从何而来？中国科学院国家天文台研究员、嫦娥四号月球低频射电探测仪中方首席专家平劲松表示，目前关于月球起源主要有4种假说，即分裂说、同源说、俘获说和大撞击起源说。“这4个假说在地月成分与自转速度的差异、氧及其他同位素组成的相似性等方面，仍存在许多难以自圆其说的缺点。”他表示。

其中，大撞击起源假说面对的质疑相对较少。这是因为，20世纪60年代，美国阿波罗计划和苏联月球计划带回来的月球岩石中，所含的氧同位素组成比例与地球地幔几乎完全一样。并且，科学家发现月球岩石样品几乎不含挥发性元素和轻元素。研究人员认为，这是因为撞击产生的极端高温将这些元素气化导致它们逃逸。“然而，两个完全分异的固体行星碰撞并重新汇聚的现象，无法解释月球表面或样品中为何存在显著未分异且存在了53亿年的古老岩石。”平劲松表示，没有一个假说是完整的。

另一个吸引人的谜团则关乎月球磁场。对月球岩石的分析证明，月球曾有强大的磁场。根据此前判断，月球内部存在铁镍或硫化铁镍核心，早期演化产生发电机机制进而形成整体磁场。

有研究者认为，月球的首次发电机效应可能在40亿年前产生了强大的磁场。过去数十年的探测发现，当今月球整个月面的平均磁场强度小于0.2微特斯拉，表明目前的月球要么不存在全球分布的磁场，要么仅存在一个极端微弱的全球磁场。还有研究者认为，大约10亿年前，月球内部发动机——月核结晶停止工作，导致月球磁场逐渐消失，迅速下降至0.1微特斯拉。所以，月球的磁场究竟在何时因何故诞生？为什么现在几乎消失了？这些依然是未解之谜。

月球正在远离地球吗？这是月球令人费解的又一谜团。月球与地球的平均距离约38万公里，据观测，月球正以每年约3.8厘米的速度远离地球。自1970年以来，地月平均距离增长了约1.9米。

对此，有一种解释说，月球绕地球转动的角速度比地球自转角速度慢，加上太阳引力作用，地球和月球上就存在引力分布不均衡和时间变化，进而引发固体潮汐现象，导致地球自转速度减慢和月球公转速度加快。另外，地月系统的能量和角动量守恒，导致地球自转速度减小的角动量和能力转移到月球，其中月球公转增加的一部分动能转化为势能，使月球逐渐远离地球。

揭秘还需提升探测技术

如何破解上述谜团？

平劲松认为，从探测技术上看，需要在月面，特别是月球的极区设置新类型长期工作的月震仪、地月之间的激光和微波测距设备、深入到月面之下可穿透月壤层的热流计、高灵敏度磁强计等。

“类似对地球的监测，上述设备应在月面多处布设组成网络，进行整体监测；同时，还需具备高/低轨道卫星—卫星链路的高精度重力、磁场立体观测能力。”平劲松表示，使用这些新技术手段能获得包括月震、月球全球的长波长重力和磁场，以及月球轨道运动和转动变化的高精度测量，从而为现有理论、假说提供修正或重建的依据。

平劲松表示，部署上述观测技术有助于获得月球深部分层结构的详细信息，比如月核铁镍含量，内核是否存在、大小如何、是否是完全晶体固体状态，外核以及外核与月幔边界带耦合状态如何，内部热能及其来源，全球磁场背景状态。然后再基于这些信息推测月球内核结晶化年代和磁场消失情况，基于内核物质状态、总量推测月球形成机理，以及精细把握月球远离地球的状况和产生机理。

“揭开月球起源之谜，对研究和揭示系外行星系统的双行星、特别是宜居带双固体行星的形成演化，有重要借鉴意义；解释月球磁场消失之谜，有助于理解全球磁场消失的其他类地行星的演化，不排除太阳系固体行星磁场快速消失的普遍现象是行星演化的常态，而地球是个极端特例。另外，寻找系外宜居行星很可能需要增加固有磁场这个强约束。”平劲松强调。

从目前来看，月球远离地球的速度非常慢，不会对地月系统演化和人类社会存在带来显著负面影响。不过，精确测量和把握月球的远离速度，可以用于人类社会活动的高精度测量参考，甚至为超低频率空间引力波探测提供支持。