中秋限定“超级月亮”是啥馅儿的？天文学家带你尝遍全球各地的“金色传说”

学术 2024-09-17 10:01 北京

“海上升明月，天涯共此时”，今年中秋，同一轮月光下，不同地区将看到完全不同形态的月亮，从“超级月亮”到月偏食，可以说是各有千秋。

月亮在全球不同的天文现象是如何形成的？天文学家眼里，月球又会是啥馅儿的呢？别急，听大猫向你一一道来~

西边月食东边圆

如果你在北美东部，南美洲，非洲和欧洲西部地区，那么在9月17号午夜至18号凌晨，将有可能看到半影月食和月偏食。

▲月偏食图源: Anantha Jois via Getty

下图中粉红色最深的区域是最佳观赏区，可以发现，这是独属于西半球的独特天文现象，我们就算是住在地理位置上的中国最西部，也很难看到这个特殊的天象。

▲图源：timeanddate

比较反直觉的一个冷知识是，月食只在满月时发生。这是因为，月球和太阳分别位于地球的两边的时候，月球的光源来自于对太阳光的反射，当地球挡住了部分太阳光，在地球的背阳面产生影子，这个影子称之为“地影”。月球进入地影区域就会出现月食现象。

▲月球经过地影图源：Joe Cali

▲月食区为：半影月食，月偏食，月全食（图片从左至右）。半影月食时，月亮比平时稍暗，表面的环形山撞击坑的细节更加清晰可见，是观察月球地形地貌的好时机。

在国内，虽然很遗憾看不到月食，但是我们能看到金灿灿水灵灵的大月亮！上个月，蓝色的“超级月亮”惊艳了一众网友，而这个月的“超级月亮”更加升级，是冒着金光的！未来的10月17日，月亮在绕地球轨道上的近地点，会是今年最大的“超级月亮”，那天的月亮将是红色的。

▲近地点的月亮比远地点的月亮视觉上看起来大13-14%，肉眼亮度增加了27-30%。图源：timeanddate

中秋限定“超级月亮”是啥馅儿的？

在无尘、无霾、无云的理想状况下，中秋的月亮看起来长这样：

▲图源：Time Out

这个“金色传说”的月亮看起来就很好吃！像是——

▲图源：中华一番小当家黄金开口笑

已知黄金开口笑是牛肉粉丝馅儿的，那么月亮是啥馅儿的呢？

与地球类似，月球由独特的月壳、月幔和月核组成。在月壳上还覆盖着一层非常薄的极度粉碎的物质，由五种成分组成：矿物碎片、结晶岩碎片、角砾岩碎片、撞击玻璃和凝集物，称为风化层，这是陨石最初对月球表面的猛烈和持续轰击造成的。

▲月球赤道平面的横截面示意图，显示月球质心向地球方向的位移，这是由于存在较厚的背面地壳。

从前苏联月球10号探测器，到目前仍在月球背面挖土的嫦娥六号探测器，来自世界各国的科学家们都为探索月球的成分做出了大量的努力。绕月轨道飞行的航天器以及上个世纪苏联的月球号，美国阿波罗任务和近20年来我国的嫦娥系列，这些探测器在月球表面不同地区登陆，放置各类探测设备、仪器、月球车等在月球上进行测量，使我们能够探测月球表面及更深的区域，了解其内部情况。

▲仍在月球挖土的嫦娥六号月球探测器。图源：新浪微博

科学家们可以通过直接采样获取月壤样本，或者测月雷达获取的地质剖面来解译月球表层的结构和组份。例如，结合我国嫦娥五号、美国阿波罗、苏联Luna样品数据，各国的科学家们整了个大活：他们通过月球土壤样本，基于深度学习的反演模型，绘制了月球主要的氧化物化学图谱。这个图谱帮助确定了月球上年轻的海玄武岩单元，这些单元可以作为未来样品返回任务的潜在地点，为进一步探索月球晚期的岩浆和热历史。

▲基于月球表面化学图谱的地质单元划分。图源：Nature, Comprehensive mapping of lunar surface chemistry by adding Chang'e-5 samples with deep learning

那么，可能有人会好奇，月球内部又该怎么探测呢？

目前，科学家主要有遥感探测、月震探测、理论模型三种技术：遥感探测是利用绕月轨道的航天器对于月球进行重力测量和磁场测量。月震监测是利用放置在月球表面的月震仪记录月球内部发生的天然月震和陨石撞击产生的震动，根据月震现象确定月核的边界和大致成分。而理论模型是指利用已有物理模型，如热传导模型判断月核是否处于部分熔融状态以及可能的熔融物质成分，或者根据行星演化模型进行推导。

2023年，法国天文学家 Arthur Briaud 领导的研究团队，在Nature上发表了关于月球固体内核和地幔翻转的文章，他们收集了来自过往月球任务的实验数据，经过各种条件的约束，将地球物理和测地线约束与蒙特卡罗勘探和不同月球内部结构的热力学模拟相结合，表明只有具有富含钛铁矿和内核的低粘度带的模型才具有从热力学约束推断出的密度与潮汐变形推断出的密度相一致。这个发现表明，月球核心可能是固态的，且密度和铁差不多。

2024年8月，我国科学家利用嫦娥五号带回的月壤样本，发现了大量生产水的方法。利用这个方法，1吨月壤可以产生51-76千克水。这一发现不仅意味着我们未来有可能通过加热月壤的方法批量生产水，更是说明月壤中含有大量氢元素和氧元素。看似口感干燥的月球，实际上反而可能“入口生津”。

本文转载自《墨子沙龙》微信公众号