雙面月球背后的故事

月球正對著我們地球這一面，明暗相間，異常美麗，激發了無數文人的靈感；而月球的背面卻長著個麻花臉，異常丑陋。是什么原因導致了這樣的差距呢？

月球是距離地球最近的天體，在晴朗的夜晚，當一輪明月高掛天空時，古人甚至僅憑肉眼就能分辨出月面的大體結構——明亮的地方是月陸，黯淡的地方是月海。今天，借助于宇宙飛船和太空探測器，我們已經可以繪制出完整的月面地圖，檢測出月球的物質組成，甚至模擬出月球的內部結構。

但是，月球仍有尚未解開的謎團，比如它的起源問題，還有它的演化過程。另外，由于潮汐鎖定，月球始終以正面示人，直到1959年蘇聯的月球3號飛船返航，我們才第一次看到了月球的背面，但它的樣子有些奇怪，與正面大相徑庭。科學家想弄清楚，為什么月球會有截然不同的兩面？或者，兩面的差異是否能夠告訴我們一些月球早期的故事呢？

“變臉”的月球

在月球正面，月海是主要的地貌結構，覆蓋的面積高達31.2%，它由富含鐵元素的玄武巖（火山噴發后冷卻下來的熔巖）組成。月海和月陸（主要由斜長巖組成）都有著光滑的地表，它們相互映襯，形成了明暗相間的格局。這使得月球的正面異常美麗，月海也成為西方文化的“月中人”以及東方文化的“嫦娥、玉兔”的靈感來源。

月球的背面則不那么好看了，那里缺少玄武巖，月海的面積僅有2.5%。在這里，取代月海而成為主角的是月陸上密集的隕坑和環形山。太陽系最大的隕坑——南極艾托肯盆地及其周圍的環形山占據了月球背面很大一部分地貌，這個隕坑的直徑大約有2500千米，深度達到了8千米。總體看上去，月球背面非常粗糙，不太美觀。

科學家認為，對于月球這種大小的天體來說，許多天文過程對其施加的影響應該是兩面均衡的，不應該出現兩面差異。比如外來天體的撞擊，在月球的天空中，地球僅僅遮擋了微不足道的一小部分，無法對月球提供保護，因此月球兩面的隕坑和盆地應該是平均分布的。另外，這些盆地形成于小行星或者其他巖石墜入月球的時候，這些撞擊會使月殼變形，火山巖漿將會從盆地地表的裂紋中涌出，不停地淤積到低洼地區冷卻下來，形成月海。如此推斷的話，南極的艾肯托盆地也應該被玄武巖覆蓋，但事實卻并非如此。由此可見，月球的“雙面性”不僅僅是產生地貌差異這么簡單。

為了獲得更多的月球背面信息，21世紀初，美國宇航局（NASA）重新啟動了已經中斷很久的月球勘探任務，將探測重點放在了月球背面與其正面的區別上。月球勘測軌道飛行器發現，月球兩面不僅僅地表形貌不同，其兩面的物質成分和月殼厚度也不同。在月球正面，月殼很薄，只有20～30千米，但是這里克里普巖石非常豐富，并且含有大量的能夠發熱的放射性元素（比如釷），似乎月球內部的熔巖冷卻時全都堆積到了正面；在月球背面，月殼雖然很厚，平均可達60千米，但是物質種類較為單一，主要就是斜長巖。

為什么月球會如此不對稱呢？科學家們發揮了自己的想象力，他們或者提出了天體碰撞的假設，或者到月球內部尋求答案，所有的猜測，都講述了一段月球早期經歷的狂暴歷史。

兩個月球，兩次碰撞

對于月球的起源，科學界最主流的假設是1975年提出的碰撞理論。這個理論認為，在太陽系早期，與火星同等量級的“忒伊亞”行星撞擊了地球，大量殘骸碎片被拋向環地球的軌道。這些物質聚集起來，迅速降溫冷卻，形成月球。當月球冷卻的時候，重的物質下沉而輕的物質上浮到表面，這一過程被稱為分異作用。終于，鐵質內核形成了，由內向外依次是液態外核、月幔和月殼。月幔雖已開始結晶，但是能夠生熱的放射性元素仍然使其保持很高的可塑性。在隨后的幾百萬年內，新的小行星撞擊創造了巨大的月球盆地，使月幔裂開，隨后巖漿上涌，熔巖開始覆蓋月球表面。

撞擊理論解釋了為何月球的總體成分接近地球地幔、為何月球富含高熔點物質以及地月系統角動量、地月質量等問題，但不能解釋月球雙面的差異。于是，科學家提出了新的假設，月球背面深厚的月殼來自第二個更小的月球。也就是說，當“忒伊亞”撞進地球的時候，殘骸碎片形成了兩個月球，一大一小，在數千萬年之后，又發生了一次碰撞——兩個月球親密接觸、合二為一。

美國加州大學的埃里克·艾斯龐用計算機模擬了當時的過程。45億年前，“忒伊亞”撞擊地球，碎屑飛濺，聚集成許多小衛星（包括兩個月球），大的月球吸收或者驅逐了其他衛星，只剩下一個直徑1000千米的小月球卡在地球與大月球之間所謂的“拉格朗日點”（在兩個大物體引力的作用下，能夠使小物體穩定的點）處。這樣，地球和兩個月球的軌道穩定下來，彼此相安無事。然而，地球的潮汐力會不停地將兩個月球向外推，漸漸地，這個三角平衡被打破了，來自太陽的重力開始發揮作用。小的月球開始偏離拉格朗日點，向大月球靠近，最終撞向大月球。

這一過程發生得非常緩慢，兩者的相對速度為2.5千米/秒，這樣的速度放在日常生活中是非常快的，但如果與小行星的撞擊速度相比卻是非常慢的。這種低速撞擊不會形成環形山，但能使小的月球粉身碎骨，將背面的月殼增厚。

月球探測器發現，月球月殼上大都覆蓋了一層多孔而又高度粉碎的碎巖和顆粒，科學家們稱之為粗風化層，在月陸上其厚度在10米到20米之間，在月海中則有3米到5米。當小月球碰撞到大月球然后散成碎片的時候最容易產生這種粗風化層，所以埃里克·艾斯龐認為“兩個月球”的假設與月球勘測軌道飛行器的觀測結果是符合的。

高溫的威力

埃里克·艾斯龐的理論是非常引人矚目的，它實際上是一個改良版的月球撞擊起源學說。但并不是所有科學家都認可“兩個月球”的設想，一部分科學家認為，正面的極端高溫才是月球形成今日面貌的主要原因。

美國賓夕法尼亞大學的施坦因·希古拉德森指出，“忒伊亞”與地球的撞擊是非常猛烈的，這必然會加熱我們的地球和月球，但是月球比地球小得多，它冷卻的速度會更快。由于當時地球與月球的距離很近（僅為今天距離的1/20到1/10），并且地球非常熱，溫度超過2500℃，這造成了月球正面與背面溫差非常大——正面經受著地球的輻射，極度高溫，而背面已經在緩緩冷卻。

這種溫差對于月殼的形成起了非常重要的作用。月殼中鋁和鈣的含量很高，這些成分都很難蒸發。當高溫的氣態物質開始冷凝的時候，鋁和鈣會率先析出，毫無疑問，這一過程更容易在溫度較低的背面大氣中發生。在隨后的數千萬年時間內，這些成分與月球月幔中的硅結合，形成了斜長巖，進而累積成月殼。因此，月球背面的斜長巖會更多，月殼自然會更厚。

溫度不僅僅影響月球月殼的形成，也影響了月球表面隕坑的尺寸。科學家分析了月球探測器帶回的數據后發現，月球正面與背面的撞擊坑數量實際上是差不多的，但是正面的坑尺寸都比較大。在月球正面有8個直徑超過320千米的盆地，而背面只有一個。而月殼溫度的高低恰好會影響撞擊效果，如果月球正面的溫度比背面月殼溫度高幾百度，那么同等強度的撞擊在正面形成的盆地的規模將是背面的兩倍。

艾托肯盆地帶來的“大裝修”

月球的撞擊起源學說并不是所有科學家的出發點，美國布朗大學的彼得·舒爾茨將目光投向了南極的艾托肯盆地，期望在那里找到答案。舒爾茨認為，艾托肯盆地是太陽系中最大的撞擊坑之一，而造成了如此大規模盆地的撞擊，其能量必定足以給月球來一次全面的“大裝修”，所以，月球的“變臉”應該與艾托肯盆地的誕生有著密切的聯系。

他指出，早期的月球應該是非常均勻的，它的兩面都很像今天的月球背面。在43億年前，一顆巨大的小行星從側面撞向了月球南極，撞擊產生的沖擊波橫掃了整個月球，將能量沿著月球內部傳遞到了月球的正面，破壞了那里的月殼。在正面，所有的爆裂和震動都將會使巖漿滲出并流向月球表面。即使它們沒有破土而出，也會來到非常接近月球地表的地方，隨后的其他天體撞擊仍會使巖漿流出來，形成月海，將正面改造成今天的樣貌。

關于雙面月球，科學家們的意見雖然存在分歧，但各有道理，很難證明誰對誰錯，也許真實情況會是這些假想模型的綜合。為了弄清楚這個問題，我們還需要更多的實地驗證，在將來，新的航天計劃會從月球背面帶回更多的樣本，幫助我們解開雙面月球的謎題。