月球地壳的多孔性揭示了撞击的历史

大约44亿年前，早期的太阳系就像一场太空岩石躲避球游戏，大质量的小行星和彗星，以及后来较小的岩石和银河碎片撞击月球和其他襁褓中的地球天体。这一时期大约在38亿年前结束。在月球上，这段混乱的时期留下了一个坑坑洼洼的表面，以及一个破裂而多孔的地壳。

现在，麻省理工学院的科学家们发现，月球地壳的多孔性，延伸到表面以下，可以揭示很多关于月球轰击历史的信息。

在今天发表在《自然地球科学》上的一项研究中，该团队通过模拟表明，在早期的轰炸期，月球是高度多孔的——几乎是浮石的三分之一。如此高的孔隙率可能是早期大规模撞击的结果，撞击粉碎了大部分地壳。

科学家们认为，持续不断的撞击会慢慢增加孔隙度。但令人惊讶的是，该团队发现，几乎所有的月球孔隙都是在这些大规模撞击下迅速形成的，而且较小的撞击物的持续冲击实际上压缩了月球的表面。后来，这些较小的撞击反而挤压和挤压了月球现有的一些裂缝和断层。

从他们的模拟中，研究人员还估计，月球经历的撞击次数是其表面可见的两倍。这个估计比其他人的假设要低。

研究报告的合著者、麻省理工学院地球、大气和行星科学系(EAPS)的研究科学家杰森·索德布洛姆(Jason Soderblom)说:“以前的估计数字要高得多，是我们在地表看到的撞击的10倍，我们预计撞击更少。”“这很重要，因为这限制了小行星和彗星等撞击物带给月球和地球物体的总物质，并限制了整个太阳系行星的形成和演化。”

这项研究的主要作者是EAPS博士后黄亚辉，以及普渡大学和奥本大学的合作者。

一种多孔的记录

在该团队的新研究中，研究人员试图追踪月球孔隙度的变化，并利用这些表面以下的变化来估计月球表面发生的撞击次数。

索德布洛姆说:“我们知道月球受到了如此猛烈的撞击，以至于我们在月球表面看到的不再是月球每次撞击的记录，因为在某些时候，撞击会抹去之前的撞击。”“我们发现的是，撞击在地壳中产生孔隙度的方式没有被破坏，这可以让我们更好地限制月球受影响的总次数。”

为了追踪月球孔隙度的演变，研究小组观察了美国宇航局重力恢复和内部实验室(简称GRAIL)的测量结果。这是麻省理工学院设计的任务，发射了一对航天器绕月飞行，以精确绘制月球表面重力图。

研究人员已经将这次任务的重力图转换成月球下地壳密度的详细地图。通过这些密度图，科学家们还能够绘制出当今整个月球地壳的孔隙度。这些地图显示，最年轻陨石坑周围的区域孔隙率很高，而较老的陨石坑周围孔隙率较低的区域。

火山口年表

在他们的新研究中，黄、索德布洛姆和他们的同事试图模拟月球孔隙度在受到第一次大撞击和随后的较小撞击时的变化。他们在模拟中包括了月球表面77个最大陨石坑的年龄、大小和位置，以及grails对每个陨石坑目前孔隙度的估计。模拟包括所有已知的盆地，从月球上最古老的到最年轻的撞击盆地，跨度在43亿年到38亿年之间。

在他们的模拟中，该团队使用了目前孔隙率最高的最年轻的陨石坑作为起点，来代表月球在重轰炸早期阶段的初始孔隙率。他们推断，早期形成的较老的陨石坑一开始孔隙度很高，但随着时间的推移，会暴露在进一步的撞击中，压缩并减少了它们最初的孔隙度。相比之下，较年轻的陨石坑虽然形成较晚，但如果有任何后续的撞击，经历的次数会更少。它们潜在的孔隙度将更能代表月球的初始条件。

黄解释说:“我们使用月球上最年轻的盆地，它没有受到太多的影响，并以此作为一种初始条件。”“然后，我们使用一个方程来调整从最初的孔隙度到最古老的盆地的更紧密的、今天的孔隙度所需的影响数量。”

该团队根据之前确定的年龄，按时间顺序研究了77个陨石坑。对于每个陨石坑，研究小组模拟了其下方孔隙度的变化量，并与最年轻的陨石坑所代表的初始孔隙度进行了比较。他们假设孔隙度的较大变化与较大的撞击次数有关，并利用这种相关性来估计产生每个陨石坑目前孔隙度的撞击次数。

这些模拟显示了一个明显的趋势:在43亿年前月球重轰炸之初，地壳的孔隙度很高——约为20%(相比之下，浮石的孔隙度约为60%至80%)。大约在38亿年前，地壳的孔隙度变少了，并保持在今天的10%左右。

这种孔隙度的变化可能是较小的冲击作用的结果，以挤压破碎的地壳。根据孔隙度的变化，研究人员估计，月球经历的小型撞击次数大约是今天我们在其表面看到的次数的两倍。

索德布洛姆说:“这为整个太阳系的撞击率设定了上限。”“我们现在还对影响如何控制地球天体的孔隙度有了新的认识。”

这项研究得到了NASA的部分支持。