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幾千年來,由於同步自轉,人類只能看到月球的一面。這種軌道鎖定使月球每繞地球一圈就自轉一次。天文學家不得不接受這種近側的景象,直到1959年一艘蘇聯飛船拍攝了月球背面的第一張照片。但是,在月球地質歷史的早期,從地球上看到的景象可能有所不同嗎?
在即將在期刊上發表的一篇論文中《伊卡洛斯》,地球物理學家馬克·維喬雷克和法國國家科學研究中心巴黎地球物理研究所的馬蒂厄·勒弗夫爾推測,我們的天然衛星曾經旋轉了180度,月球當前的背面面向地球。研究人員表示,大約四十億年前的一次大型撞擊可能暫時擾亂了月球的自轉,使其最終以其原始方向或旋轉180度的方向重新進入所謂的自旋-軌道同步狀態。(維喬雷克表示,地球引力在月球表面引起的潮汐隆起,將月球變形為細長形狀,有助於穩定其位置,這將阻止月球在任何中間方向上輕易進入同步狀態。)
維喬雷克和勒弗夫爾首先研究了足以擾亂自轉的小行星或彗星撞擊所需的大小和速度,根據月球表面的隕石坑記錄,找出了一些可能的候選者。
維喬雷克說:“僅從物理學角度來看,至少一次甚至更多次的撞擊對月球造成了這種情況的可能性非常非常大。第二個問題,也是更難的部分,是找出是否有任何證據可以證明這一點。”
研究人員透過檢查月球表面隕石坑的位置和年代來尋找證據。如果月球的方向在其整個歷史中保持不變,那麼它的西半球(在月球當前方向上是其軌道的前導半球)應該有更多的撞擊隕石坑。(維喬雷克將此比作在暴風雨中開車,前擋風玻璃比後擋風玻璃遭受更多的雨水襲擊。)
分析表明,雖然較新的撞擊盆地遵循這種模式,但較舊的撞擊盆地往往位於月球的後緣側,這表明自從那些古老的隕石坑形成以來,月球已經圍繞其軸旋轉了180度。實際上,根據他們的計算,現在位於後緣東半球附近的較老撞擊盆地的排列方式,偶然發生的機率不到0.3%。
維喬雷克和勒弗夫爾謹慎地指出了幾個警告:所研究的46個撞擊盆地的大部分年代都不能很好地確定,並且一些較老的盆地可能被附近較年輕的隕石坑的噴出物所遮擋,這意味著當前的資料集是不完整的。諸如印度的月船1號和日本的輝夜姬等月球軌道飛行器正在拼湊出更好的地形圖,這可能有助於澄清小行星和彗星撞擊的歷史記錄。
H.傑伊·梅洛什是亞利桑那大學月球和行星實驗室的行星科學家,他研究了撞擊對月球方向的影響,他認為這個新提議非常合理。梅洛什說,儘管維喬雷克和勒弗夫爾對隕石坑資料的深入分析可能會引發一些關於細節的爭論,但“總體情況既合理又有充分的證據”。