造成月球雨海誕生的小行星可能達原行星等級

雨海盆地
根據美國布朗大學(Brown University)彼得·舒爾茨(Pete Schultz)等人的最新研究:在約三十八億年前砸中月球表面,使月表形成雨海盆地(Imbrium Basin)的小行星,直徑可能達二百四十公里左右,比先前預估的還大兩倍左右,質量則比先前預估的還大十倍左右;這已是太陽系早期誕生的原行星(protoplanet)的大小,因此這項發現或許有助於天文學家研究月球正面的那些謎樣地質特徵,也可藉此瞭解太陽系早期演化的狀況。

舒爾茨表示:以前的研究則僅依據電腦模擬而來,其中模擬出撞擊月表造成雨海盆地的小行星,直徑僅有八十公里左右。但是,他們新研究則是根據月表上所見的地質特徵估算而得,所以能更貼近真實情況。而這樣的估算方式,除了月球之外,未來也可以推廣應用 在火星和水星等天體上,它們在太陽系早期都可能被原行星級的小行星撞擊過。

雨海位在月球正面(月球始終面對地球的那一面)的西北象限,直徑約一千二百公里。這個盆地周圍環繞著細槽(groove)和長溝(gash),是這個盆地在形成當時,岩石從撞擊坑向外飛濺形成的,這些地質特徵都頗大,大到從地表用小型望遠鏡都能看到。這類地質特徵被稱為「雨海蝕刻(Imbrium Sculpture)」,從雨海盆地中心向外呈現輻射狀分佈,就像是腳踏車輪胎的輪幅一般,不過這些雨海蝕刻主要集中在雨海盆地的東南側。由此顯示:這顆小行星應是斜斜地由西北方而來,而不是垂直於地面的筆直撞擊。

然而,除了從中心向外輻射狀而出的地質特徵之外,還有第二組角度不一樣的細槽,似乎是來自西北區,沿著小行星撞擊的方向與軌跡分佈。科學家們一直不清楚這組細槽到底是怎麼形成的。舒爾茨等人在美國太空總署艾姆斯研究中心(Ames Research Center)的垂直射擊靶場(Vertical Gun Range)進行特高速撞擊實驗(hypervelocity impact experiment),透過實驗結果,舒爾茨等人認為這些細槽應該是小行星的大片碎塊剛觸及月表時,在地表上刮出來的結果。舒爾茨等人因而反過來利用這些刮出來的細槽估算小行星的大小。

垂直射擊靶場內設有一座十四呎的加農砲,發射小型砲彈的速度最高可達每小時25,750公里,並利用撞擊板和高速相機來記錄彈道動態。在舒爾茨等人的低角度撞擊實驗中,他們注意到撞擊體傾向於在最初接觸撞擊板表面時咖使分裂。最初接觸點實際上位在最終撞擊坑的後面或所謂的「靶區前段(up-range)」,這裡也是撞擊體從撞擊板表面下掘最多的地方。撞擊後的碎塊繼續以高速前進,刮過撞擊板表面而造成刮痕。關鍵點是:這些碎塊造成的細槽的方向並不是順著撞擊坑由中心向外的徑向,而是來自最初撞擊的地方。實驗結果與在月表上觀察到的結果相同。

由實驗成果,舒爾茨等人再藉由電腦模擬,找出大如月面撞擊尺度所需的物理因子。最後得出造成雨海盆地的元兇,其直徑應在二百五十公里左右,甚至可能達三百公里。這已經是原行星的規模了。

【圖:美國太空總署;文:節錄自台北天文館之網路天文館網頁;新聞訊息由林景明提供】

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