近日，中國科學(xué)院國家天文臺研究人員參加的，以來自中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）、武漢大學(xué)、國家天文臺、日本國立天文臺等科研機(jī)構(gòu)的研究者為核心的一個國際合作研究小組，使用包括“嫦娥-1”號在內(nèi)的探月數(shù)據(jù)對月球動力學(xué)形狀的變化進(jìn)行了精密測量，并借助對理論和實(shí)際估算，證認(rèn)了在月球深處存在著超低粘性的半流體層，而且地球引力一直在對這個半流體層產(chǎn)生著很強(qiáng)的潮汐加熱過程。這些事實(shí)表明，月球的中心至今仍然沒有冷卻變硬，并且由于地球?qū)υ虑虻挠绊懀虑蛑行闹两襁�在被持續(xù)潮汐加熱中。該研究也為對從地球和月球形成以來，如何在相互影響之下演化至今這一問題重新思考提供了契機(jī)。這項研究的成果已于7月27日在線發(fā)表在《自然：地球科學(xué)》雜志上。
為了探明行星與衛(wèi)星的形成和演化，盡可能詳細(xì)了解天體內(nèi)部構(gòu)造和熱狀態(tài)是非常必要的。怎樣做才能了解這些遙遠(yuǎn)天體的內(nèi)部構(gòu)造呢？事實(shí)上，通過詳細(xì)研究外部動力引起的天體形變，可以獲得關(guān)于天體內(nèi)部構(gòu)造和狀態(tài)的線索。天體由于其他天體的引力影響產(chǎn)生的形狀變化稱為潮汐。例如，地球的海洋潮汐漲落，是月球和太陽的引力引起的。潮汐引起的固體天體形變程度，與其內(nèi)部構(gòu)造，特別是內(nèi)部的硬度息息相關(guān)。反過來說，通過研究固體天體形變的狀況，可以探索肉眼看不到的固體天體內(nèi)部的情況。月球也不例外，通過潮汐力引起的月球形狀變化可以探測月球內(nèi)部構(gòu)造。形狀變化可以通過多種測地觀測來獲得。然而，迄今為止提出的月球內(nèi)部構(gòu)造模型尚不能解釋已有月球探測獲得的精密月球形狀變化。
該研究小組著眼于月球深部構(gòu)造，對怎樣的月球內(nèi)部構(gòu)造能與觀測得到的月球動力學(xué)形變大小相對應(yīng)進(jìn)行了探究說明和理論分析、計算研究。早期研究者借助使用阿波羅計劃得到的月球地震觀測數(shù)據(jù)，研究者們推測出月球的內(nèi)部大致分為由金屬構(gòu)成的被稱作“月核”的內(nèi)部，和由巖石構(gòu)成的被稱作“月幔”的外部兩部分構(gòu)成。研究小組發(fā)現(xiàn)，若假定月幔最下部有超低粘性的軟流層存在的話，觀測到的潮汐引起的月球形變就可以得到很好的解釋。過去的研究曾表明，月幔最深處有一部分巖石可能存在熔融狀態(tài)。由于部分熔融的巖石是軟的，故該研究的結(jié)果支持了上述假說。通過該研究第一次從觀測結(jié)果和理論計算得出月幔最深部是軟的這一結(jié)論。
研究小組進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了月幔最深處低粘性流體層中潮汐能量有效地引起發(fā)熱。過去的研究雖然也暗示了伴隨潮汐變形產(chǎn)生的能量的一部分引起了月球內(nèi)部的熱變化，但是該研究小組發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象并不是均一的發(fā)生在月球內(nèi)部，而是集中發(fā)生在上述超低粘性的軟流層中。這一發(fā)現(xiàn)還表明，月幔最深處存在高效發(fā)熱的軟流層包裹著月核，即使是現(xiàn)在也在持續(xù)給月核加熱，以往更是如此。
關(guān)于該研究的展望，該國際合作研究小組的負(fù)責(zé)人、中國科學(xué)院外籍青年科學(xué)家、中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）博士后研究員原田雄司博士表示：“我們的研究結(jié)果帶來了新的疑問。例如，月幔的底部是如何長期維持著柔軟的狀態(tài)這樣的問題。為了探明這些新的問題，后續(xù)會繼續(xù)致力于更詳細(xì)地研究月幔內(nèi)部構(gòu)造和發(fā)熱機(jī)制。此外，低粘性流體層中的潮汐能量產(chǎn)生的熱能的變化，對月球相對地球運(yùn)動方向和月球的冷卻方式等方面有著怎樣的影響等問題也值得關(guān)注。這些問題的探明，對加深月球的演化的理解有重要幫助。”
研究小組成員之一、國家天文臺平勁松研究員就該研究的意義認(rèn)為：“盡管月球比地球和火星冷卻速度快，甚至月球上成規(guī)模的火成活動已經(jīng)停止，然而本文的研究結(jié)果和其他一些發(fā)生在月球上的活動，如深部月震和月球自轉(zhuǎn)不均勻變化等，有力地支持了月球仍然活著這一觀點(diǎn)。并且對于月球而言，來自地球和太陽的潮汐作用也許是主導(dǎo)目前月球內(nèi)部動力學(xué)過程的關(guān)鍵因素。”
論文信息：Strong tidal heating in an ultra-low viscosity zone at the core-mantle boundary, Nature Geoscience. Published online 27 July 2014.
月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖面分布特征
