月震

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  月震汉语拼音:Yuezhen;英语:Moonquake),在月球上发生的“地震”。1969年人类首次将地震仪送上了月球,开始观测到月球上也有类似于地震的月面振动现象。月震比地震较弱且次数较小。因为月亮不像地球迅速地减弱震动(可能由于缺少水),月震震动的时间通常比地震长。

  根据美国航空航天局,有至少四种不同的月震:

  1. 深层月震(在表面之下约700 公里,由于地球和太阳的潮汐重力而产生)
  2. 陨石冲击振动
  3. 热量月震(当阳光返回在第二个月球星期的夜晚以后,寒冷的月球外壳向外扩展)
  4. 浅层月震(在表面之下20至30 公里)

  头三种月震通常是提到倾向是温和的。但是,浅层月震可能具5.5级里氏地震规模。在1972年和1977年之间,科学家观察到二十八个浅层月震。在地球上,4.5级的地震已可能对大厦和其它坚硬的结构造成损伤。

月面观测

  1969年7月21日美国发射的“阿波罗”11号登月飞船首次将地震仪送到月球表面。此仪器由三分向长周期仪器和一分向短周期垂直向仪器组成,仪器性能同世界标准地震台所用仪器性能基本相同。仪器记录同登月其他观测数据一样,用无线电波直接传至地球,可获得连续实时记录。在以后的“阿波罗”登月飞行中又送去5个月震观测站,即1969年11月19日“阿波罗”12号、1971年2月5日“阿波罗”14号、1971年7月31日“阿波罗”15号、1972年4月21日“阿波罗”16号、1972年12月12日“阿波罗”17号登月飞船携带的月震观测站。全部月震观测站,除第一个只工作了21天外,其他5个均连续工作至1977年9月30日,其中持续时间最长的取得了8年的月震记录资料。

  月球上的干扰环境与地球上的有很大不同。接收震波的环境条件包含两方面的内容:一是内部非震源产生的干扰;二是震波传播的特性。一般来说,接收震波干扰的大小取决于该星体有无大气和海洋,地球上兼有大气和海洋,所以是一个强干扰的星体。月球既无大气又无海洋,是一个宁静的星体。月震干扰水平极低,因此仪器的灵敏度可以比在地球上提高约1,000倍。月球上的干扰水平约在1纳米的数量级,周期约2秒,在月球上的“白天”出现。这种干扰的出现,可能是由于热胀冷缩的机制所致。

  在月球内震波传播的特性与地球的有很大不同。例如,“阿波罗”13号抛出的上升级火箭被用来撞击月面作为模拟的可控震源(计算出能量相当于地震4~5级的能量),在距撞击点115千米处的月震站上记录到持续达4小时之久的月震波。在地球上,一次4~5级地震在100千米以外的台站上记录,其记录持续时间仅为数分钟。产生这种差别的原因是,月壳外层(0~20千米)震波的衰减甚小,其品质因子Q≥3,000,同时可能存在着强烈的散射。

月震类型

  已经观测到的月震有3种主要类型:

  1. 热成因型月震。已记录到的热成因型月震发生在距台站数千米的范围内,显然,这种月震是在太阳辐射产生的热应力的作用下,使月球表面破裂或坍塌而形成的。
  2. 高频远震型月震。这种月震发生于月球的浅部,周期性不明显。这类月震的成因是月壳早期残存应力的释放。其释放的能量较高,曾测到相当于地震体波震级5级的大月震。大小月震数量之间有与地震相似的关系,月震的b值为0.5左右。高频远震型月震的应力降约为10兆帕,很像地球上的板内地震。这类月震发生的次数不多,每年约5次,每年释放的总能量约为1010焦耳(地震为1018焦耳)。
  3. 深源型月震。这种月震数量较多,但震级不大(mb<3)。震源深度在700~1,100千米之间,平均约为900千米,这比地球深源地震的深度大得多。但就压力而言,月球深度900千米处的压力约为3吉巴,相当于地球100千米深度上的压力。深源型月震的时间分布与月球潮的周期密切相关。“阿波罗”12号所设置的月震观测站附近有一个深源型月震区,此处的深源型月震具有较典型的周期特性。

月球内部结构

  根据月震观测资料对月球内部结构作出以下推断月球表层为4~12米厚的风化土壤层,纵波速度vp约为100米/秒。月壳厚度在近地侧较薄,约为40~60千米;远地侧厚度可达150千米。在距月球表面1~2千米的深度范围内,vp<1千米/秒,这一层可能属于粉碎熔岩的沉积固结物。在1~2千米深处vp有较大跃变,增至3~4千米/秒,由此直到20千米深处波速有较快的增加,至20千米深处波速又稍有跃变。这一层是月壳的外层,估计由碎石和大范围的破裂岩石组成。由于压力随深度的增加,使破裂逐渐闭合,在20千米深处,破裂的岩石完全固结在一起,这就进入月壳的内层。在深度为20~60千米的月壳内层,纵波速度vp为常值。在深度60千米附近,vp又有跃变,此处即为月壳与月幔之间的界面。横波可以通过月幔。月幔的底部大约在1,000千米深处附近,深源型月震即发生在月幔底部。上月幔和下月幔的分界大约在400~500千米深处附近。下月幔的波速稍有减小。横波实际上不能通过月幔以下的区域。这个观测结果说明,半径约为700千米的月核可能是部分熔融的。这要求月球内部的温度达到1,500℃。