近日兩艘宇宙飛船細緻的描繪了月球的引力場，從而幫助天文學家解開了長久以來的有關月球引力的謎題。科學家小組利用了美國宇航局雙子聖盃探測器搜集的數據，從而搜集隱藏在月球表面以下的有關質量的奇怪集中分佈的新細節。這兩枚探測器於2012年12月以撞擊月球的方式結束了它們整整一年的引力描繪任務。這些地質結構被稱為質量密集（mascons），它們是如此密集以至於改變了月球的引力場，引起擾動甚至能夠拖拽宇宙飛船降低自身運行軌道，或者推動宇宙飛船遠離環繞月球軌道。
質量密集現象最早發現於20世紀60年代，當時美國宇航局有關官員正在為阿波羅月球項目做準備，這些引力異常發生的原因仍是未知數，美國印第安納州普渡大學西拉法葉校區的地球物理學家傑-梅洛許（Jay Melosh）這樣說道，他也是這篇發表在5月30日的科學期刊上的最新研究的主要作者。
“當首次發現質量密集時，它們不過被認為是礙航危險物而已，” 梅洛許說道。“但它對阿波羅項目的計劃者來說的確是非常惱人的事物——就像海洋裡的礁石，計劃者必須試圖避免這些事物，做出完備的計劃。”
通過描繪月球的引力場，聖盃探測器能夠確定月球質量密集的位置，並提供月球內部結構前所未有的新視野。這將幫助科學家研究兩大盆地——分別位於月球近側和遠側的盆地——從而能建立成熟的電腦模型分析質量密集是如何形成的。
幾十億年前，巨大的小行星撞擊月球並留下非常深的隕石坑，直達位於稀薄月殼下的地幔材料。直到現在科學家仍無法解釋這些巨大的撞擊點是如何支持這些異常密集的材料，以及這些盆地的引力場是如何處於這樣的非均衡狀態，梅洛許說道。
“最初，質量密集的問題似乎有一個非常簡單的解決方法，”研究合作作者、美國科羅拉多州哥登科羅拉多礦業大學地球物理學院的助理教授傑夫·安德魯斯-漢納(Jeff Andrews-Hanna)說道。“月球近側的質量密集盆地部分被古代密集火山熔岩流所填滿，這似乎解釋了該地區為何會出現質量過剩以及積極的重力異常。”
“然而，很快科學家發現在有些盆地，所觀測到的熔岩明顯太過稀薄，完全無法解釋該盆地質量過度的問題，” 安德魯斯-漢納說道。“甚至有些盆地表現出質量異常密集，但幾乎沒有火山熔岩漿填充。”
研究人員確定古代小行星撞擊月球上留下了巨大的隕石坑，從而導致隕石坑周圍的月球物質以及月球地幔的岩石開始熔化並向內坍塌。這些熔化使得物質變得越來越密集且越來越集中，研究人員這樣表示。
“隨著炙熱的物質冷卻，月球表面也開始冷卻，物質變得更加堅硬，能夠支撐月球地幔超級密集的物質載重。” 梅洛許解釋道。這些強大的月殼逐漸塌陷至撞擊洞孔內，最終形成盆地周圍彎曲但堅硬的邊界，以支撐下方密集的物質。
建立新模型
梅洛許和他的同事利用月球質量分佈的數據建立了一個電腦模型模擬幾十億年前月殼和月球地幔的行為特徵。這些模型使得研究人員能夠一瞥巨大小行星撞擊餘波後月球的質量密集是如何形成的。
這項新研究的結果還能夠提供更多有關月球動態性進化的新見解，評論這項發現的科學期刊編輯作者、美國馬裡蘭大學帕克分校地質學院的助理教授勞倫·蒙特西（Laurent Montesi）這樣說道。
“這項發現讓我們能夠精確的調查究竟是什麼導致質量密集的存在或者缺失，” 蒙特西說道。“現在我們對月球的內部已經有所瞭解，我們能夠借助這一模型研究其它星球上的質量密集和熱狀態。”
據稱質量密集也存在火星和水星上，但並不存在於地球，這是因為小行星撞擊地球以及由此產生的隕石坑不夠大，因此無法攪拌地球地幔處的物質。即便如此，理解質量密集的形成仍能夠為天文學家提供巨大撞擊是如何改變行星和衛星地質情況的更確鑿的理解。
“我們現在知道古代月球一定比現在更加炙熱，月殼也比我們所預想的更稀薄，” 梅洛許說道。“這是我們第一次能夠通過產生的隕石坑和該地區的引力特徵來推算出撞擊月球的小行星大小。”我們現在能夠通過這一工具瞭解更多巨大小行星撞擊以及古代地球可能面臨的情況。
