最新數據揭示月球大型多環盆地成因：或因天體撞擊月面形成

東方海是月面上規模最大，年齡最年輕，也是保存最完好的撞擊盆地之一。在過去，對於這一撞擊坑開展研究困難重重 ，因為它的位置使其難以進行觀測。

但藉助最新觀測數據的幫助，科學家們得以對這一撞擊坑開展更為細緻的研究。近日科學家們發表了兩篇與此相關的論文，對該撞擊坑的結構進行了細緻描述，並對其可能的成因提出了更為完善的理論。科學家們在本次研究中利用了來自美國宇航局「重力復原與內部實驗」（GRAIL）探測器獲取的數據。

重力異常圖與東方海地區地形圖疊加效果圖。紅色表示重力場正異常，藍色表示負異常

科學家們在本次研究中利用了來自美國宇航局「重力復原與內部實驗」（GRAIL）探測器獲取的數據。該探測器包括兩個完全一樣的軌道器，其設計目標是獲取迄今最精確的月球重力場數據

該探測器包括兩個完全一樣的軌道器，其設計目標是獲取迄今最精確的月球重力場數據。其核心原理是，通過對月球重力場導致的兩艘飛船之間位置與距離上出現的偏差量進行精密測量，從而反演月球重力場。

美國布朗大學助理教授布蘭登·約翰森（Brandon Johnson）博士領銜的一個研究組開展的工作重建了該撞擊坑的形成過程。約翰森博士表示：「在我們的研究中，GRAIL飛船獲取的有關東方海撞擊坑次表層的詳細信息讓我們能夠首次在數字化模型中解釋該撞擊坑的複雜環形結構形成機制。而在此之前，曾經有很多與此相關的理論，爭議很大。」

這項研究已經刊載於近日出版的《科學》雜誌上，在論文中，約翰森的研究組認為這一撞擊坑是由一個直徑約64公里的天體以大約15公里/秒的速度撞向月面而形成的。

這次撞擊先是在月表形成了一個碗形撞擊坑，最大深度大約180公里。但這樣一個結構是不穩定的，並很快開始經歷邊緣崩塌。隨著最初形成的撞擊坑邊緣垮塌，周遭岩石內部的裂隙為下方的月幔物質上涌提供了通道。這樣的結果便是一系列漸進發生的垮塌過程，這一過程形成了東方海撞擊坑最外緣的兩道環形構造，而此時撞擊瞬間濺射出來的大量物質都已經基本上塵埃落定了。

東方海是月面上規模最大，年齡最年輕，也是保存最完好的撞擊盆地之一。在過去，對於這一撞擊坑開展研究困難重重 ，因為它的位置使其難以進行觀測，但藉助最新觀測數據的幫助，科學家們得以對這一撞擊坑開展更為細緻的研究

在最初撞擊發生過後大約3小時，撞擊坑中央位置的高度要比今天所見的高度深大約7公里左右，而作為撞擊過後撞擊坑底部岩石受撞擊瞬間高壓擠壓的應力反彈效應，撞擊坑中央底部位置不斷抬升，一直到今天我們所見的高度上。

約翰森表示：「最裡面的那個環形結構是撞擊坑中央隆起邊緣垮塌後形成的，這就有點類似規模更小的撞擊坑內中央峰的形成過程。」

這項工作改進了科學家們對於東方海撞擊結構成因機制的理解並將對太陽系內大型撞擊結構，也包括對地球上撞擊結構的形成機制研究提供幫助。約翰森表示：「多環撞擊盆地是早期行星地殼變化的主要原因之一。理解這類撞擊盆地是如何形成的，對於我們理解早期行星地殼演化具有重要意義。」

GRIAL探測器獲取的月球重力地圖也被用於對東方海撞擊盆地的三環結構進行描述，相關論文也同樣發表在《科學》雜誌上。

由於GRAIL飛船的飛行高度極低，在東方海盆地上空飛過時距離地面僅有大約2公里，因此它在該區域獲取的重力學數據的精度是極高的。這第二篇論文的作者是美國麻省理工學院的瑪利亞·朱巴（Maria Zuber）教授和她的同事們，朱巴教授表示：「我們利用GRAIL探測器的數據對東方海盆地的重力場狀況進行了研究。」

研究組發現這一直徑達到930公里的巨型撞擊盆地內部其實還存在另外一個稍小規模的撞擊坑，後者的形成年代稍晚於東方海盆地的形成時間。這個位於內部的撞擊坑直徑大約介於320~460公里之間。

研究組還計算了在撞擊事件發生時受到衝擊而被濺射出去的物質數量以及它們在撞擊盆地周圍的分布情況。研究組表示：「我們的觀測，結合相應的模擬工作，闡明了東方海盆地在熱力學、板塊地層運動以及地質學方面造成的後果。這一工作將對在月球和其他岩石天體早期演化過程中居於主導地位的大型撞擊坑研究產生影響。」

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