近日，中國科學院國家天文臺研究人員參加的，以來自中國地質大學（武漢）、武漢大學、國家天文臺、日本國立天文臺等科研機構的研究者為核心的一個國際合作研究小組，使用包括“嫦娥-1”號在內的探月數(shù)據(jù)對月球動力學形狀的變化進行了精密測量，并借助對理論和實際估算，證認了在月球深處存在著超低粘性的半流體層，而且地球引力一直在對這個半流體層產(chǎn)生著很強的潮汐加熱過程。這些事實表明，月球的中心至今仍然沒有冷卻變硬，并且由于地球對月球的影響，月球中心至今還在被持續(xù)潮汐加熱中。該研究也為對從地球和月球形成以來，如何在相互影響之下演化至今這一問題重新思考提供了契機。這項研究的成果已于7月27日在線發(fā)表在《自然：地球科學》雜志上。
為了探明行星與衛(wèi)星的形成和演化，盡可能詳細了解天體內部構造和熱狀態(tài)是非常必要的。怎樣做才能了解這些遙遠天體的內部構造呢？事實上，通過詳細研究外部動力引起的天體形變，可以獲得關于天體內部構造和狀態(tài)的線索。天體由于其他天體的引力影響產(chǎn)生的形狀變化稱為潮汐。例如，地球的海洋潮汐漲落，是月球和太陽的引力引起的。潮汐引起的固體天體形變程度，與其內部構造，特別是內部的硬度息息相關。反過來說，通過研究固體天體形變的狀況，可以探索肉眼看不到的固體天體內部的情況。月球也不例外，通過潮汐力引起的月球形狀變化可以探測月球內部構造。形狀變化可以通過多種測地觀測來獲得。然而，迄今為止提出的月球內部構造模型尚不能解釋已有月球探測獲得的精密月球形狀變化。
該研究小組著眼于月球深部構造，對怎樣的月球內部構造能與觀測得到的月球動力學形變大小相對應進行了探究說明和理論分析、計算研究。早期研究者借助使用阿波羅計劃得到的月球地震觀測數(shù)據(jù)，研究者們推測出月球的內部大致分為由金屬構成的被稱作“月核”的內部，和由巖石構成的被稱作“月幔”的外部兩部分構成。研究小組發(fā)現(xiàn)，若假定月幔最下部有超低粘性的軟流層存在的話，觀測到的潮汐引起的月球形變就可以得到很好的解釋。過去的研究曾表明，月幔最深處有一部分巖石可能存在熔融狀態(tài)。由于部分熔融的巖石是軟的，故該研究的結果支持了上述假說。通過該研究第一次從觀測結果和理論計算得出月幔最深部是軟的這一結論。
研究小組進一步發(fā)現(xiàn)了月幔最深處低粘性流體層中潮汐能量有效地引起發(fā)熱。過去的研究雖然也暗示了伴隨潮汐變形產(chǎn)生的能量的一部分引起了月球內部的熱變化，但是該研究小組發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象并不是均一的發(fā)生在月球內部，而是集中發(fā)生在上述超低粘性的軟流層中。這一發(fā)現(xiàn)還表明，月幔最深處存在高效發(fā)熱的軟流層包裹著月核，即使是現(xiàn)在也在持續(xù)給月核加熱，以往更是如此。
關于該研究的展望，該國際合作研究小組的負責人、中國科學院外籍青年科學家、中國地質大學（武漢）博士后研究員原田雄司博士表示：“我們的研究結果帶來了新的疑問。例如，月幔的底部是如何長期維持著柔軟的狀態(tài)這樣的問題。為了探明這些新的問題，后續(xù)會繼續(xù)致力于更詳細地研究月幔內部構造和發(fā)熱機制。此外，低粘性流體層中的潮汐能量產(chǎn)生的熱能的變化，對月球相對地球運動方向和月球的冷卻方式等方面有著怎樣的影響等問題也值得關注。這些問題的探明，對加深月球的演化的理解有重要幫助。”
研究小組成員之一、國家天文臺平勁松研究員就該研究的意義認為：“盡管月球比地球和火星冷卻速度快，甚至月球上成規(guī)模的火成活動已經(jīng)停止，然而本文的研究結果和其他一些發(fā)生在月球上的活動，如深部月震和月球自轉不均勻變化等，有力地支持了月球仍然活著這一觀點。并且對于月球而言，來自地球和太陽的潮汐作用也許是主導目前月球內部動力學過程的關鍵因素。”
論文信息：Strong tidal heating in an ultra-low viscosity zone at the core-mantle boundary, Nature Geoscience. Published online 27 July 2014.
月球內部結構剖面分布特征
