戴晓培/科技日报
7月20日是人类月亮日。月亮是离我们最近的天体，离我们如此之近，以至于在月球表面留下了人类的足迹。自从仰望月球以来，人们对它进行了不断的研究，我们已经掌握了月球的许多特征。
然而，这个“近邻”仍有许多未解之谜。月亮是如何诞生的？它的年龄几何？为什么月球磁场消失了？为什么地球和月球之间的距离越来越远？对这些问题的研究不仅可以帮助我们了解月球本身，还可以探索更多的宇宙奥秘。
三大谜团引人关注
月亮从哪里来？中国科学院国家天文台研究员、嫦娥四号月球低频探测器首席专家平劲松说，目前关于月球起源有四种假说，即分裂理论、同源理论、俘获理论和大碰撞理论。“这四个假设仍然有许多缺点，从地球和月球的组成和旋转速度的差异，以及氧和其他同位素组成的相似性来看，这些缺点很难证明是正确的。”他说。
其中，大冲击起源的假说相对较少受到质疑。这是因为，在20世纪60年代，由美国阿波罗计划和苏联月球计划带回的月球岩石含有与地球地幔几乎相同的氧同位素组成比。此外，科学家发现月球岩石样本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高温度蒸发了这些元素，导致它们逃逸。“然而，两个完全不同的固体行星碰撞并重新结合的现象，并不能解释为什么月球表面或样本上存在着明显不同的古老岩石，它们存在了53亿年。”平劲松说，没有假设是完整的。
另一个引人入胜的秘密与月球磁场有关。对月球岩石的分析证明月球曾经有一个强磁场。根据以前的判断，月球上有铁镍或铁镍硫化物核，早期的演化产生了发电机机制，进而形成了整体磁场。
一些研究人员认为，月球的第一个发电机效应可能在40亿年前产生了强大的磁场。在过去的几十年里，人们发现整个月球表面的平均磁场强度小于0.2微特斯拉，这表明要么没有全球磁场，要么只有极弱的全球磁场。其他研究人员认为，大约10亿年前，月球内部引擎的核结晶在——个月内停止工作，这导致月球磁场逐渐消失，并迅速下降到0.1微特斯拉。那么，月球磁场是何时以及为什么诞生的呢？为什么现在它几乎消失了？这些仍然是未解之谜。
月亮正在远离地球吗？这是另一个令人困惑的月球之谜。月球和地球之间的平均距离约为38万公里。据观察，月球正以每年约3.8厘米的速度远离地球。自1970年以来，地球和月球之间的平均距离增加了约1.9米。
在这方面，有一种解释是月球绕地球旋转的角速度比地球旋转的角速度慢。再加上太阳的引力，地球和月球上存在不平衡的引力分布和时间变化，导致固体潮汐现象，导致地球自转缓慢，月球自转加速。此外，地月系统的能量和角动量是守恒的，这导致角动量和地球自转速度下降的能力被转移到月球上，其中一部分因月球自转而增加的动能被转化为势能，从而使月球逐渐远离地球。
揭秘还需提升探测技术
如何解开上述谜团？
平劲松认为，从探测技术的角度来看，有必要建立一种新型的月球长期地震仪、地球和月球之间的激光和微波测距设备、一种穿透月球表面下的月球土层的热流计和一种在月球表面的高灵敏度磁强计
“与对地球的监测类似，上述设备应安装在月球表面的多个地方，以形成一个全面监测网络；同时，必须具备高/低轨道卫星-卫星链路的高精度重力和磁场立体观测能力。”平劲松说，利用这些新技术可以获得高精度的测量结果，包括月球地震、月球周围的长波重力和磁场以及月球轨道运动和旋转的变化，从而为修正或重建现有的理论和假设提供基础。
平劲松说，部署上述观测技术有助于获得月球深层结构的详细信息，如月球内核的铁和镍含量、内核是否存在以及是否处于完全结晶固体状态、外核以及外核与月球地幔边界带的耦合状态、内部热能及其来源、全球磁场背景状态等。然后，根据这些信息，推断出月球核心的结晶年龄和磁场的消失，根据核心物质的状态和总量推断出月球的形成机制，并仔细掌握月球远离地球的情况和产生机制。
“揭开月球起源之谜对于研究和揭示系外行星系统中的两颗行星，特别是宜居带中的两颗实心行星的形成和演化具有重要的参考意义；解释月球磁场消失的奥秘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迅速消失的普遍现象是行星演化的正常状态，而地球是一个极端的特例。此外，要想在太阳系之外找到一颗适宜居住的行星，很可能需要一个强有力的约束，即增加固有磁场。”平劲松强调。
目前，月球离开地球的速度非常缓慢，不会对地月系统的演化和人类社会的生存产生重大的负面影响。然而，准确测量和掌握远离月球的速度可以作为高精度测量人类社会活动的参考，甚至为超低频空间引力波探测提供支持。
