环形山与月海的形成

程　忠

摘要:环形山与月海是怎么形成的?牵扯到太阳系起源。星云说认为是陨星砸出来的,因为宇空中除了万有引力,再没有别的力。场的理论认为,星空中还有排斥力。太阳系不是由冷星云和尘埃凝聚成的,而是银心内抛出的炽热氢气团经过层层分裂、喷发形成的。月球由热变凉过程中,岩浆内的热核反应产生的大量水蒸气喷发塑造的喷口即环形山。喷发的末期,几十万平方公里的岩浆面整体缓缓冷凝成漂亮的球面,就是月海。旧理论是否该换个角度来探讨?

关键词:环形山 月海 应力纹 重力瘤 大红斑 喷发

举目望明月,妩媚皎洁。圆盘中那层次分明的图案,曾引发过历代人的思考。那亮处在望远镜下显现出凸凹不平,一圈一圈的,像许许多多的泡,那就是环形山。直径大于1公里的环形山有33000多个,最大的直径295公里,许多环形山的中心区有中央峰,高达2.5公里。那暗的是被称作月海的大平原,雨海有90万平方公里,月面中央的静海有26万平方公里。

除月球之外,水星、火星、卫星上都发现了大量的环形山和坑穴。地球上的环形山早已被风雨消融,只有极少数有可能留下一点踪迹。未被填平的四川盆地真像是一个巨大的环形山。

环形山和月海是怎么形成的呢?天文学家认为:“月球、水星和火星上的大多数凹坑,是39亿年前陨星撞击形成的。”[1]

“大约距今40亿年前,形成了富含放射性元素、难熔元素的非月海玄武岩。斜长岩高地长期裸露在月表,不断受到陨星物质的撞击,因而被削低了1.5-2公里,在高地上发育着大量古老的冲击月坑。后期,高地为一系列的断裂所切割和破坏。距今41-39亿年前,月球比较集中地遭受到各种大型陨星的撞击,使月表出现许多月海盆地,即大型的环形构造,最典型的是雨海事件。月球上的月海大致都是在相近的时期内形成的。月海生成的大致次序是:酒海、澄海、湿海、危海、雨海……。雨海纪形成的各个月海大约在距今39-31亿年间,被后期喷发的玄武岩所充填和复盖。根据同位素年龄的测定,大致充填的时间次序是雨海西、雨海东、湿海、危海、雨海、静海、丰富海、澄海和风暴洋。此后月表的轮廓基本形成,31亿年以来,月球内部的演化已处于‘停滞状态,外力作用在月球的演化史中占有主导地位。陨星冲击月表,使月坑继续形成和增多。爱拉托逊纪形成的辐射月坑,其辐射纹受月表的各种作用,或者变得不明显,或者消失;而哥白尼纪形成的月坑,则具有明显的辐射纹。……月球正面有‘重力瘤或‘质量瘤的重力异常区,达12处之多”。[2]

总之,环形山是撞出来的,月海是轰出来的,这就是星云说的结论。实际的情形正好相反,除了部分小的凹坑是陨星撞击而成的外,月海和大的环形山都是自生的。

现代探测技术显示:是银心内的爆发活动抛出的密度极大的、炽热的氢流物质最终造就了太阳、太阳系及近邻的姊妹恒星,太阳系在轰轰烈烈的爆发中诞生。

月球诞生之初,是一个地地道道的火球。因为质量不大,渐渐变红、变暗,内部生成月核,外表形成硬壳,薄薄的月壳漂浮在炽热的岩浆之上。体内的热核聚变生成大量的氧、碳、氮等元素,在充满氢的高能环境中化合而成大量的水蒸气、二氧化碳、氨和甲烷等气体。岩浆中充满气泡,比重变轻,缓缓上浮,顶穿并熔融软弱的薄壳,形成连片的岩浆湖泊与海洋。巨大的气泡鼓出岩浆面,爆裂开来,猛烈地喷向天空,形成巨大的热气旋。喷发持续一段时间以后,被气体带走大量热量的岩浆慢慢凉下来,在下部继续上浮的岩浆举托下停留在原位,形成中央峰。如果没有足够多的上浮岩浆举托,中央峰将会沉没而被熔融。周围的熔岩迅速回落,填补气泡溢出后留下的空间,形成两千多米的凹坑。由于岩浆的可塑性,巨大的喷口周围被塑成了环状,冷凝后就成了环形山。多次喷发会形成同心环或环套环。水蒸气冷凝后形成浓云,下起热水雨,流淌热水河,汇入圆形的湖泊与海洋。环形山诞生的模拟实验并不难作,浓浓地熬上一锅粥,撒点碱面更好,待到气泡从稠糊糊的粥里冒出时,粥面上爆开一个个小圆圈,其形象与小星体上的环形山或凹坑如出一辙。

小小的月球越来越凉,月壳增厚,形成月陆。热核反应产生的能量从一些尚未愈合的窗口向外宣泄。尤其是始终朝向地球的这一面,由于月球轨道的近地点在那时相当近,遭受到地球上更加巨大的岩浆海洋的烘烤,致使月面上始终朝向地球的这一面的窗口久久难以愈合,以致于背向地球的半个月亮先冷却。面向地球的多个岩浆海洋内因热核反应生成的重元素只能在浅层分区聚集,于是形成了散布于正面的12个重力瘤。

经过若干亿年的演化,随着地球的降温,月球渐渐闭合了最后的窗口。由于月海内气体的大量逸出,以及熔岩的固化冷缩,岩浆面下沉了两千多米。几十万平方公里的岩浆面整体缓缓冷凝,完成了世界上最精美绝伦的巨型球面成型工艺!月海就如此生成了。月海平原就是这样直接用岩浆形成的玄武岩铸就的,决不是先轰下去两千多米,再流入点熔岩复盖而成的。

由于体内的反应尚未终止,月海平原上的局部小发作时有发生,形成星星点点的小凹坑。当月壳变得相当牢固之后,新生成的气体被封在下边难以喷发。能量越聚越大,压抑不住的气体拼命地将壳掀拱,致使受到极度拉伸的月壳上形成辐射状的应力纹。第谷环形山的12条应力纹,最长的达1800公里,就是这样形成的。气体和岩浆最终还是破壳而出,喘着最后的粗气,使尽浑身的力气,塑造起悲壮的、带放射状应力纹的环形山,标志着死期的临近。

31亿年前,月球的内部运动停止了。随后,漫天的云雾逸散了,水蒸发干了,充满活力的小星球变得死寂荒凉了。原来,我们今天看到的明媚的月亮,竟是一具斑驳遍体的天葬白骨!不过,15亿年的阳寿也不算短了。

旅行者1号1979年2月13日飞临木星时拍回了美丽的照片,清楚地显现了木星上不仅有地面上早已观察到且百年不灭的大红斑,还有许多小红斑、小白斑、大白斑。天文学家“从光谱分析证认出木星大气中含有五种物质:氢、氦、氨、甲烷和水,……根据‘先驱者号的观测资料还建立了木星的内部模型。同过去流行的观念大相径庭,这个模型表明木星没有固体表面而是一个流体行星。”[3]

木星体积比地球大一千三百多倍,凉得慢是必然的了。木星没有固体表面,不等于没有薄薄的嫩壳,否则它就会明亮无比,重新照耀自己的卫星了。

那百年不灭的大红斑,“是位于赤道南侧长达2万多公里,宽约1.1万公里的一个红色蛋形区域。”[4]那正是木星尚未闭合的窗口——一个硕大的、沸腾咆哮的岩浆海洋。那不断出现又消失的大、小红斑和白斑,对应着一个个新生的环形山,喷发时红光映照在云彩上成为红斑。大红斑内红外白,说明中间是喷发造成的巨大热气旋,水汽旋出圈外后冷凝生成云雾。大白斑内白外红,说明内圈已冷凝生成云雾,外圈回落的岩浆还未完全冷凝。小红斑全红的,说明岩浆正在喷发。小红斑大部分红,中间一点白的,说明中央峰已形成并冷凝,峰顶上空生成云雾并逐渐扩大。扭曲的全白斑是环形山冷却以后,热气旋散去,云雾变形汇入木星大气那奇怪彩带中去的模样。红、白斑的不断出现与消失,表明木星上正表演着月球以前曾经发生过的故事。

“土星表面有时会出现白斑,最著名的白斑是1933年8月被英国喜剧演员W·T·海用小望远镜发现的,这块白斑出现在赤道区,呈蛋形,长度达到土星直径1/5。”[5]这表明土星上也在演同一出戏。

伴随环形山而出现的浓云密雾和倾盆暴雨是难免的。木星上流行着蒸汽浴,流淌着热水河,遍布圆形的湖泊与温暖的海洋。

水不是地球上独有的,月面上不乏纤细的古河床痕迹。“现在的火星是一个荒凉的世界,表面不存在液态水。因而当‘水手探测器拍摄到宽阔而弯曲的河床时,人们自然感到极大的惊异。不过,这些河床与轰动一时的‘运河完全是两回事。这些干涸的河床,最长的约1500公里,宽达60公里或更多。主要的大河床分布在赤道地区。图5中河床清晰可见,大河床和它的支流系统结合,形成脉络分明的水道系统。”[6]这些星球引力太小,水汽逸散了,却保护了古地貌。

令人谈虎色变的地震山崩地裂、火山猛烈爆发,与木星红斑中那波澜壮阔的岩浆海洋翻腾咆哮、星壳倾复熔融再造相比,真是小巫见大巫,微不足道了。

木星的卫星系统真像个小太阳系,新生的环形山有力展示着太阳系演化的秘密,充斥闪电的原始大气及温暖的海洋是哺育原始生命的温床,把探索的目标瞄向木星吧!

参考文献:

[1]戴文赛、胡中为.太阳系起源.中国大百科全书:天文学.366～368.

[2]阎林山.月球.中国大百科全书:天文学.530～531.

[3]陈道汉.木星:内部结构.中国大百科全书:天文学.236～238.

[4]陈道汉.木星:大气.中国大百科全书:天文学.236～238.

[5]陈道汉.土星:大气.中国大百科全书:天文学.422～423.

[6]郑家庆、董明.火星:河床.中国大百科全书:天文学.163～166.