作者：尤金妮·塞繆爾·賴希，來自《自然》雜誌
美國宇航局一項測量月球引力場的任務的初步結果顯示，月球地殼的厚度僅為之前認為的一半。
在馬薩諸塞州劍橋市哈佛-史密森天體物理學中心 9 月 13 日的研討會上，當科學家們聽到美國宇航局的重力恢復和內部實驗室（GRAIL）任務的首席研究員瑪麗亞·祖伯公佈的資料時，現場觀眾中發出了一些驚呼。祖伯是馬薩諸塞州理工學院的行星科學家，她展示了一張清晰的高解析度重力圖，該圖由 GRAIL 的雙子航天器在今年 3 月至 6 月期間收集的資料製成。
關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過 訂閱來支援我們屢獲殊榮的新聞報道。透過購買訂閱，您正在幫助確保關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
祖伯說：“與之前的 Kaguya 和月球勘探者號相比，我們的解析度提高了三到四倍。” 她指的是之前兩個繪製月球引力場的任務。GRAIL 的結果尚未由美國宇航局公開發布或公佈，祖伯也沒有被允許接受採訪。
然而，她的演講以及研討會現場以及《自然》雜誌採訪的其他人士的激動反應表明，GRAIL 有望對其結果在未來幾周內公佈時，對科學家理解月球的起源和早期演化產生深遠的影響。
GRAIL 的兩個探測器，由美國宇航局競賽中的小學生命名為 Ebb 和 Flow，於 2011 年 9 月發射（參見“雙子星探測月球之心”）。第一個探測器於 2011 年 12 月 31 日開始繞月球執行，第二個探測器於第二天加入。到 3 月，他們已經開始詳細測繪。這兩個航天器交換無線電訊號，記錄它們相對位置的波動，然後利用這些波動來揭示由月球引力場變化引起的微小加速度和減速度。主要任務的平均高度為 55 公里，遠低於重力恢復和氣候實驗（GRACE）使用的軌道，GRACE 是一個類似的地球重力測繪任務，必須飛得更高以避免大氣摩擦。GRAIL 運營團隊偶爾會將飛行器降低到 20 公里以下，以進一步提高資料的解析度。祖伯說：“沒有什麼比低空飛行更好。”
祖伯向座無虛席的禮堂預告了三項科學成果。第一個是月球的地殼似乎比想象的要薄。當月球地質學家首次使用阿波羅宇航員放置的地震儀的資料估計月球地殼的厚度時，他們得出結論，它的厚度約為 60 公里。隨後對這些資料的重新分析將估計值降至約 45 公里。現在，GRAIL 的結果表明，地殼的平均厚度僅為 30 公里，祖伯說。
這引起了位於華盛頓特區卡內基科學研究所的行星科學家琳達·埃爾金斯-坦頓的興趣。人們認為，月球地殼是在斜長巖礦物結晶並從該天體表面上的岩漿海洋中漂浮出來後形成的，當時該天體是在地球和一個巨大小行星碰撞後不久形成的。“地殼厚度是關於月球起源的令人難以置信的線索，”埃爾金斯-坦頓說。
她補充說，研究人員更可能對 GRAIL 所看到的地殼厚度的變化感興趣，因為月球科學家已經在解釋為什麼月球的遠側地殼比近側地殼厚得多這一問題上遇到了挑戰。假設平均厚度為 30 公里，近側某些區域的地殼可能出乎意料地薄，這將特別難以建模。
第二個發現是月球的引力場變化與其地形之間存在高度相關性。祖伯說：“對我來說，這是我們發現的最令人驚訝的事情之一。” 結果表明，月球的引力場主要受其深隕石坑的影響，而不是其內部結構的影響。月球的地形和重力之間的這種關係比其他類地天體（如火星、金星和地球）更密切，祖伯說。“這實際上讓你懷疑我們對其他類地行星的瞭解程度。”
密蘇里州聖路易斯華盛頓大學的行星科學家布拉德利·喬利夫說，這種高度相關性“會引發一些爭論”。他補充說，他還確信，完整的 GRAIL 資料集將包括一些相關性較弱的區域，這些區域揭示了月球地下重要的密度變化。
第三，祖伯報告說，GRAIL 尚未能證實一些假設存在於月球表面的較大和較老的撞擊盆地。研究月球表面的月球科學家試圖透過確定大型撞擊盆地可能位於更可見和明顯的隕石坑下的區域，來解開小行星撞擊的歷史——這將闡明不僅是月球，還有內太陽系其他天體的演化。但祖伯說，GRAIL 沒有發現許多假設的盆地。
祖伯沒有討論 GRAIL 的一個關鍵目標：瞭解月球深層內部結構和核心。印第安納州聖母大學的月球地質學家克萊夫·尼爾說，從資料中得出這些更復雜的解釋需要更多的時間。祖伯說，GRAIL 主要任務的資料已經處理和分析完畢，這使得該任務提前了一年完成。