為月球做一次“透視”
科技視野
作者：張唯誠
2011年末，月球迎來了來自地球的一對姊妹探測器——“聖杯A”和“聖杯B”。它們原名“重力回溯及內部結構實驗室”，其縮寫GRAIL有“聖杯”之意，後又在征名活動中被命名為“埃布”和“弗洛”，分別為“退潮”和“漲潮”之意。幾乎整整一年後，也就是人們正在忙著迎接2013年新年的時候，人們重新聽到了這對月球姊妹探測器的最新消息：它們雙雙在地麵控製下撞擊了月球靠近北極的一座山峰。它們完成了什麼使命？在這一年的時間裏，這兩艘探測器又在月球軌道上經曆了什麼？
月球的秘密
人們觀察月球就會發現，月球的正反兩麵是明顯不同的。正麵，亦即麵對地球的一麵比較平坦；而反麵，即背對地球的一麵則山巒起伏，坑窪不平。探測表明，月球兩麵的礦物分布並不均勻，正麵礦藏豐富，含有大量的鉀、磷和稀土等元素，反麵的礦藏則相對貧乏。為什麼月球長得如此怪異？正反兩麵的月貌為什麼如此不同？這與它的起源和演化又有著怎樣的關係呢？
關於月球的起源迄今為止主要有四種說法。“同源說”認為，地球和月球具有相同的起源，都是由太陽係星雲吸積而成的；“分裂說”認為，月球是由一部分被地球甩出去的物質形成的；“俘獲說”認為，月球來自另一個地方，是被地球“俘獲”的；“大碰撞說”認為，45億年前，當時地球與另外一顆原始行星發生了碰撞，一些碎片被拋入太空，從而形成了月球。
現在一般認為“大碰撞說”最合理地解釋了月球的起源，因為“大碰撞說”得到很多證據支持。人們還發現月球上的某些元素的缺失比地球上的更多，這可能是極度的高溫造成的，而隻有“大碰撞”理論才可能解釋這樣的高溫。科學家也用電腦模擬的方式檢測了“大碰撞說”的合理性，結果表明，假若一個火星大小的天體傾斜著撞向地球，確實能夠形成現在的月亮。
但此前的“大碰撞說”並沒有解釋為什麼月球的正反兩麵會出現明顯的不同。2011年8月，有科學家提出了新的理論以解釋月球的“不對稱性”，這個理論認為，當時的撞擊產生了一大一小兩個月球，這兩個月球一起圍繞地球旋轉了大約幾千萬年，直到它們也撞在了一起，並融合成了我們現在看到的月球。科學家通過計算機模擬重現了當時的情形：小月球傾斜著紮進了大月球中，把大部分物質留在了月球的背麵，形成了起伏不平的月貌，這就是我們今天看到的月球背麵的高地。撞擊同時又壓扁了位於月麵之下的層麵，將大量的鉀、磷和稀土等元素推向了月球的正麵，造成了今天月球礦物分布的不均勻。“雙月理論”很好地解釋了月球的正反兩麵顯示出的不同，但這種理論隻是一個假說，科學家們也並不是都同意，所以需要尋找證據上的支持。
從月球重力場中尋找答案
如何尋找正確的答案呢？有一個辦法是到月球的背麵去采集岩石，尋找撞擊的證據，這需要一次複雜的探月任務才能實現。還有一個辦法則是了解月球的內部結構和物質組成，然後將了解到的信息聯係月麵的地形地貌進行分析，這樣的工作或許能讓科學家們推測45億年前究竟發生了什麼，那次傳說中的碰撞是否真的產生了現在的月球，它後來又經曆了怎樣的演化。這有點像為月球做一次“透視”。鑒於實際的情況，科學家們選擇了“透視”，這就是“聖杯”姊妹探測器造訪月球的目的。