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月球表面的这块区域会是什么?

本帖由 漂亮的石头2016-10-06 发布。版面名称:知乎日报

  1. 漂亮的石头

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    日报标题:看嫦娥二号拍摄的图片,在月球上发现了一片奇怪的区域


    利用嫦娥二号数据展示系统查看了一下嫦娥二号拍摄的卫星图片,在这个地点发现发现了一块与周边地理特点不同的区域。具体坐标是经度 152.24862;纬度 24.69524。仔细观察发现周边地区都是十分均匀的撞击坑。旁边也有一片类似于月海的小块区域。比较奇怪的是撞击坑内的线条,呈现一种网格状的情况。

    请问,这种情况会是人工构成的么?

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    [​IMG] haibaraemily,足吾所好,玩而老焉

    首先不知道是题主这张影像的分辨率还是光照什么的问题,凹凸感和粗糙度感很容易让我这种眼神不好的觉得是坍塌的熔岩管道(lava tube),但查了下 LROC 给出的 Komarov 撞击坑的影像,感觉就很不同了。

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    LROC Komarov

    这种底部具有不规则线性条纹的撞击坑叫做 Floor-fractured craters (FFCs),是月球上比较常见的一类地形,比如:

    ↓ Humboldt 撞击坑

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    ↓ Gassendi 撞击坑

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    以下分为两个部分展开:【FFCs 的形态和分类】和【FFCs 地形的形成机制】。

    【FFCs 的形态和分类】

    人们在七八十年代就已经发现了两百多个这样的撞击坑并给这类地形专门分出一类,还根据具体撞击坑形态和裂隙的形态进一步分了 6-7 个子类(Schultz,1976 Floor-fractured lunar craters; Wilhelms,1987)。事实上除了月球,火星和水星上也有 FFCs 地形。

    进入 20 世纪,新的更高分辨率的月球高程数据 LOLA( Lunar Orbiter Laser Altimeter)和影像数据 LROC (Lunar Reconnaissance Orbiter Camera) 使之前的分类更加清晰了。对这类地形最新的综述性研究来自 Jozwiak et al. 2012 和 2015 年的论文,她 / 他们把170 个FFCs地形并分成了 8 个子类(但基本分类思想依然沿袭了Schultz 那篇文章),给出了每一个子类的描述和分布。题主提出的Komarov 撞击坑就属于 Class 3 的情况,恩,不想看废话的直接跳转过去就好了

    • Class 1:通常是较大的撞击坑,直径基本在 50~300km,撞击坑底部(floor)较深,中央峰(centrak peak)地形复杂,有延伸的撞击坑壁(extensive wall terraces)。撞击坑底部通常有径向和 / 或同心圆状的裂隙(fractures),坑壁的斜坡带(scarp)通常有新月形的月海沈积物(mare deposits)。代表撞击坑有 Humboldt, Atlas, Schülter 和 Cardanus,下图 ABCD 分别为 Humboldt 撞击坑(坐标 27.2° S, 80.9° E, 直径 207 km)的等高线图,地质示意图(B 图中那些线性结构就是 fractures),LOLA 格网地形图,白线对应的地形剖面图,最后一张是 Class 1 的撞击坑在月球上的分布图

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    • Class 2:中等尺度的撞击坑,通常直径 13-75km,坑壁非常明显,坑底上凸,有中央峰,有明显的同心圆状的 fractures,代表撞击坑有 Vitello,Encke 和 Davy,下图 ABCD 分别为 Vitello 撞击坑(坐标 30.4° S, 37.5° W, 直径 44 km),最后一张是 Class 2 的撞击坑在月球上的分布图

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    • Class 3:撞击坑尺度范围较大,直径在 12-170km 都有,大部分直径约 30-60km,底部较平坦(有些甚至没有中央峰),坑壁边缘有宽而明显的沟壑(moat)fractures 通常为多边形和 / 或经向分布但不会延伸进沟壑区域,部分撞击坑内部有月海物质,代表撞击坑有 Gassendi, Taruntius 和 Lavoisier,Haldane 和 Runge 撞击坑有典型的很宽的沟壑,下图 ABCD 分别为 Gassendi 撞击坑(坐标 17.5° S, 39.9° W, 直径 110 km),最后一张是 Class 3 的撞击坑在月球上的分布图,几乎所有 Class 3 的 FFCs 撞击坑都位于盆地(basin)的内部或边缘题主给出的Komarov 撞击坑也属于这一类(红框部分)。

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    • Class 4:特征为具有 V 型的沟壑(V-shaped moat),有些具有经向和 / 或同心圆状的 fractures,根据沟壑 V 型的程度可进一步分为三类 Class 4a, 4b, 4c 三类。下图为 Class 4a 的代表撞击坑 Bohnenberger 以及三类撞击坑的分布。

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    • Class 5:通常较古老,直径在 12-177km,撞击坑边缘已退化模糊,内部有明显的径向、同心圆和 / 或多边形的 fractures,这些撞击坑内部通常为古老的高地物质,代表撞击坑有 Von Braun,Repsold 和 Alphonsus。

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    • Class 6:除了特别大和特别小的撞击坑之外,内部完全被月海物质填充,同心圆状的 fractures 全部紧贴撞击坑壁,部分撞击坑有中央峰和经向 fractures。代表撞击坑有 Pitatus 和 Fracastorius。

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    【FFCs 地形的形成机制】

    对 FFCs 地形的形成机制,主要有两种猜想:

    1)粘弹性松弛(viscous relaxation)

    (Masursky, 1964; Daneš, 1965; Cathles, 1975; Hall et al., 1981)

    2)岩浆侵入(magmatic intrusion)

    (Brennan, 1975; Schultz, 1976; Wichman and Schultz, 1995; Dombard and Gillis, 2001; Jozwiak et al.,2012, 2015)

    粘弹性松弛假说(Lunar floor-fractured craters: Evidence for viscous relaxation of crater topography)的理论基础是:新鲜撞击坑引起的地形起伏随着时间推移会慢慢回弹趋于平坦(总体趋势是低处变高高处变低),但长波(大尺度)地形比短波地形松弛速度更快,所以大尺度地形起伏随着时间推移更快的恢复平坦,而短波地形则变化较慢相对保持原样,FFCs 是这种差异性的回弹形成的线性 fractures。

    ↓ 粘弹性松弛的过程示意图,A 为新鲜撞击坑形态,B 为经过一段时间后的撞击坑形态

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    但后来的诸多数值模拟的结果都无法支持粘弹性回弹假说(Testing the viability of topographic relaxation as a mechanism for the formation of lunar floor-fractured craters),新的更高分辨率的月球高程数据 LOLA 和影像数据 LROC 也更支持岩浆侵入假说。岩浆侵入假说的理论基础是:撞击坑形成之后发生岩浆侵入,岩墙(dike)向地表方向不断延伸,延伸最多的 OP1 类岩墙直接穿透地表引起熔岩流喷出,延伸最少的 OP3 直接在地下较深处固化,而中等程度的 OP2 类侵入到地壳浅层附近形成岩床(sill),这类岩浆侵入就可能形成 FFCs 地形

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    下图展示了岩浆侵入假说认为的 FFCs 形成过程:A. 岩墙(dike)向月球地壳方向侵入→ B. 岩墙侵入壳层,被撞击坑底部地下的角砾岩阻挡于是停在了这里 → C. 压力累积使得岩墙开始横向侵入形成岩床(sill) → D. 岩浆继续累积使得岩床逐渐转变为穹顶状的岩盖(laccolith)或者 E. 更厚的岩床,FFCs 地形就是岩床 / 岩盖向上挤压撞击坑底部形成的裂隙

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    当然这一过程还会同时形成一些排气出口(vent)地表以下的布格重力异常,这些也都被 LROC 影像和 GRAIL 重力数据所支持。

    ↓ Alphonsus 撞击坑 (13.4° S, 2.8° W,直径 119km,class 5 FFC)底部发现的 vent

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    【参考文献】

    Schultz, P. H. (1976). Floor-fractured lunar craters. The Moon, 15(3-4), 241-273.

    Hall, J. L., Solomon, S. C., & Head, J. W. (1981). Lunar floor‐fractured craters: Evidence for viscous relaxation of crater topography. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 86(B10), 9537-9552.

    Wichman, R. W., & Schultz, P. H. (1995). Floor-fractured craters in Mare Smythii and west of Oceanus Procellarum: Implications of crater modification by viscous relaxation and igneous intrusion models. Journal of geophysical research, 100(E10), 21-201.

    Dombard, A. J., & Gillis, J. J. (2001). Testing the viability of topographic relaxation as a mechanism for the formation of lunar floor‐fractured craters.Journal of Geophysical Research: Planets, 106(E11), 27901-27909.

    Jozwiak, L. M., Head, J. W., Zuber, M. T., Smith, D. E., & Neumann, G. A. (2012). Lunar floor‐fractured craters: Classification, distribution, origin and implications for magmatism and shallow crustal structure. Journal of Geophysical Research: Planets, 117(E11).

    Jozwiak, L. M., Head, J. W., & Wilson, L. (2015). Lunar floor-fractured craters as magmatic intrusions: Geometry, modes of emplacement, associated tectonic and volcanic features, and implications for gravity anomalies. Icarus,248, 424-447.

    PS: 自己的公众号“双眼皮的水晶球(twinkle_crystal_ball)”也同步更新了一下(仅为保护版权之用,净瞎扯,无干货,不用关注~)

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