不少人都喜歡欣賞大自然,除了觀察動植物外,也有不少人喜歡觀察有趣的地形,例如香港東部的果洲郡島和東平洲。

觀察月球,如同前往這些景點,欣賞有趣的地形,只不過地點變成月球。

參與地質旅遊時,如果觀察者對地貌的形成和演化有一定的認識,而非只是片面的欣賞,必定更能感受到與其相關的大規模地質活動和巨大的能量,為觀察者帶來更高的滿足感。

觀察月球也是一樣,引人入勝之處便是透過仔細觀察各壯麗地形的蛛絲馬跡,重組它們的由來和演化過程,令觀察者能在腦海中重現這些令人讚嘆的現象。

現在,讓我們開始探索月球的旅程,認識一些月球主要地貌的形成過程。


月球的形成

45億年前,即是地球形成後不久,一個和火星差不多大的小型星球和地球相撞,撞擊把大量物質由地球拋射到太空,這些東西便慢慢因萬有引力而形成一個球體,圍繞地球旋轉,這個便是月球的初形。這時的月球不時受大隕石撞擊,令它越來越大。

漸漸地,月球附近的大隕石被月球清理得七七八八。這時,月球是一團熔岩球,密度較高、含鈣量較少的熔岩向下沉,相反密度較低、含鈣量較多的熔岩則浮起。由於浮起的熔岩容易冷卻,所以一些高地首先凝固形成。月球的南部高地較多,科學家也的確發現這裡的岩石最古老,印証了這個理論。

漸漸地,其他部份的月球表面相繼凝固,整個地殼便形成了。不過,月球內部的熔岩仍要不少時間才凝固,一些零星的大隕石撞擊月球時,撞擊的能量更會令部份月球表面再次熔化,之後再凝固,因此現在很難直接觀察到這些太早期的隕石坑。那時,整個月球表面比現在平坦得多。

再過一段時間的冷卻,地殼凝固了的部份變得越來越厚,隕石撞擊後未必令表面再熔化,現在遍佈月球表面的隕石坑便開始形成。


隕石坑的種類

撞擊月球的隕石體積,決定了隕石坑的形狀。

1. 簡單坑 (Simple Crater)

較小型的隕石撞擊後,會在月面形成一個凹陷碗狀的坑,而彈出的物質則灑在周圍,沿坑邊堆積,形成隆起的坑壁,我們這些稱隆起的坑邊為「環形山」(Ring mountains)。


碗狀的簡單坑Linne (圖片來源: NASA)

我們可能認為所有隕石坑都是碗狀,越大的隕石,形成的坑越深,但其實這種形狀只適用於較細小的隕石坑,如Linne。

2. 複雜坑 (Complex Crater)

較大型的撞擊坑 (直徑大過15km左右),雖然形成的初期是碗狀,但會因坑壁的巨大重量而修改。例如由於隕石撞擊後彈出的東西較多,環形山有大量物質,使岩石向下陷,形成梯級狀的坑壁。坑壁的重量也令隕石坑的中心部份受到很大的向心壓力,使中心向上突起,形成中央山峰 (Central Peak),也令深度變淺。


典型複雜坑哥白尼 (圖片來源: NASA)

這些過程便形成我們一般稱為「複雜坑」的結構,它們深度淺,底部非常平坦,有中央山峰,呈碟形,坑壁呈梯級狀,典型的例子是哥白尼(Copernicus)和第谷(Tycho)。

3. 隕擊盆地 (Impact Basin)

最猛烈的撞擊所形成的大型隕石坑 (直徑大過200-300km左右) ,形狀一點兒也不似我們一般人所期望的。它們的深度極淺,面積非常巨大,沒有中央山峰。最特別的是撞擊會在周圍隆起數個呈環形的山脈系統,圍繞撞擊中心。

由於這種地形一點兒也不似隕石坑,科學家稱它們為隕擊盆地 (Impact Basin) 或多環隕擊盆地 (Multi-Ringed Impact Basin)。

可惜,月球表面的大部份隕擊盆地都被不同的過程破壞了它們的結構,例如月球西北部的雨海其實從前是一個大型隕擊盆地,但是後來有熔岩大規模由盆地底部向上湧出,淹沒了多環結構,現在只餘下一個明顯的主環。

要觀察最典型的隕擊盆地結構便要到月球的背面,那裡有一個龐大的東方隕擊盆地 (Orientale Basin),是月球是最年輕的隕擊盆地。由於只有很少部份被後來湧上的熔岩淹沒,所以能清楚展示它的多環結構。

如此特別的多環結構是如何形成的?現在仍沒有確切的答案。一種說法是,當巨大的隕石撞擊月球時,產生的高溫使月面變得如同液態般,產生如石頭跌到水中後形成的一系列圓形波紋,向外擴散,多環結構便好像凝固了的圓形波紋。

右圖:東方隕擊盆地 (Orientale Basin) (圖片來源: NASA)


月球最大型的熔岩活動:月海

除了隕石撞擊外,塑造月球地形的工程便是依靠月球的熔岩活動。可是,月球的熔岩活動約33億年前左右已經完結,而且不是我們熟悉的火山爆發,而是慢慢地由地底向上湧出,我們要懂得觀察才能找到熔岩活動的証據。

科學家發現,原來月球最大型的熔岩活動証據,便是肉眼可見、顏色較深的月海。月海地勢平坦,隕石坑較高地少,顏色比高地深。其實是被熔岩淹沒了的隕擊盆地,例如雨海是38.5億年前的一個隕石撞擊產生,形成了的盆地底部有大量數十公里深的裂紋。數億年後,一些放射性物質的衰變產生大量熱能,使距離表面數十公里的岩石重新熔化,並沿盆地底部的裂紋向上升和湧出表面,漸漸填滿了整個隕石坑,形成現在雨海的模樣。

由於月球內部向上湧出的熔岩是火成岩 (Basalt),密度較高地的高,鐵和鎂的成份較多,於是較深色。

熔岩上湧時,隕擊盆地的多環結構被淹沒,因此我們很難再能從月海中找到多環結構的証據。不過,不同的月海,熔岩上湧的程度不同。例如東方盆地和酒海的熔岩上湧較少,因此我們仍可以找到不少多環結構的証據,可是寧靜海和雲海的熔岩卻完全注滿了它們的隕擊盆地,淹沒了它們曾經擁有的多環結構。


月海的沉降

熔岩上湧時,熔岩的巨大重量會令月海向下沉降 (Subsidence),這時會形成特別的地貌。例如,當月海底部下沉時,上面的岩層便下塌進一個較小的空間 (如同把一隻圓碟壓入碗內一樣),所以有些地方便會突起,令月海表面出現一些波紋般的地形,稱為「皺脊」(Wrinkle Ridges)。最典型的例子是雨海西部,和晴海東部的蛇脊。

危難海的弧形皺脊
雨海西部的皺脊 (圖片來源: NASA)

月溪 (Rilles)

月球表面有一些狹長的凹陷低地,如同乾凅的河床,統稱為月溪 (Rilles)。不同的月溪,有不同的形成過程,主要有下列三類:

直月溪 (圖片來源: NASA)
弧形月溪
彎曲月溪

類型
成因
1. 直月溪 (Straight Rilles) 地殼運動:地殼的兩側朝相反方向運動,使中間地塊陷落,因而在地面出現一條狹長的低地。這類月溪的形狀通常較直。可是,月球沒有地球般的板塊運動,所以目前仍未知道是什麼原因會令月球的地殼如此移動。
2. 弧形月溪 (Arcuate Rilles) 月海沉降:月海沉降時,有時會在隕擊盆地邊緣產生一些裂縫。這類月溪的形狀通常呈弧形,圍繞月海中心。

3. 彎曲月溪 (Sinuous Rilles)

熔岩管道遺跡:熔岩上湧後在月球表面流動,由於熔岩最上層很快冷卻,形成一個固體外殼,而內部則在外殼下繼續有熔岩流動,並在流動時沖刷出一條迂迴曲折的地底熔岩管道(Lava Tube)。當熔岩不再上湧時,熔岩管道則變成一條空的隧道,之後頂部的外殼可能塌下,曝露了這條迂迴曲折的熔岩管道。由於這地形也是長而凹陷,因此也稱為月溪。


拱形小山 (Domes)

如果說隕石坑似碗狀,拱形小山便好似倒轉了的碗,是月球的火山,代表那裡有一些熔岩管道 (Vent),讓熔岩由地底向上流到表面。不過月球的熔岩爆發沒有地球般猛烈,沒有火山爆發般劇烈的現象,而是慢慢地向上湧出。熔岩向上流到表面後,便很快凝固,於是形成突起的地形在熔岩管道的周圍,繼續流出的熔岩使突起的地形越來越高,最後形成現在觀察到的拱形小山。


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