“你看你看月亮的脸，月亮的脸偷偷在改变……”
图/维基百科
其实，月亮的脸并没有改变。不管阴晴圆缺，它总是用固定的半球朝向地球。在月球正面，有大量的暗区，我们称之为“月海”（maria）。但是月球的背面却极少有月海。为什么月球正面和背面为何会如此不同呢？这个问题被称为“月球背面高地问题”（LunarFarside HighlandsProblem），在1959年首次被提出。那一年，前苏联的月球探测器“月球3号”首次传回了月球背面与正面迥异的照片。
月球正面和背面 图/NASA
2014年6月9日，美国宾夕法尼亚州立大学的天体物理学家杰森·莱特（Jason Wright）、斯坦因·西古德森（SteinnSigurdsson）和阿尔皮特·罗伊（Arpita Roy）在《天体物理学杂志》（Astrophysical JournalLetters）上发表了一篇文章，对这个困扰人们半个世纪的谜，提出了一个新理论。
“我还记得第一次看见月球背面时，我还是一个小男孩，我被月球正面和背面的差别震惊了，”天体物理学副教授杰森·莱特说，“它布满了山地和撞击坑。我不禁追问，月海去哪了呢？这从50年代起，就是一个未解之谜。”
目前已确定的月海有22个，绝大部分分布在正面，背面只有3个。正面的月海面积大于50%。月海的地势一般较低，类似盆地，一般比月球平均水准面低1-2千米，表面覆盖着“月海玄武岩”，并且月面反照率（一种量度反射太阳光本领的物理量）也比较低，因此看起来比较黑。
月球正面的月海
“月球背面高地问题”
从1959年，前苏联的月球探测器“月球3号”第一次拍下月球背面照片时，人们就被这个“月球背面高地问题”所困扰。
人类首度亲眼看见月球背面是在1968年的阿波罗8号任务，太空人威廉·安德斯的描述如下：“背面看起来像我在孩提时玩过一段时间的沙堆，它们全都被翻起来，没有边界，只是一些碰撞痕和坑洞。”
前苏联在1959年为纪念拍到月球背面的第一张照片发行的邮票。
回头看，当时的月亮
几位研究者认为，缺少月海，是因为月球正面和背面的月壳厚度不同，这与月球的形成有关。
目前关于月球起源比较统一的观点是，它起源于地球形成后不久，一个火星大小的天体与地球轰然相撞，角度很倾斜，但打击是毁灭性的。月球起源的“大碰撞说”正是基于这个观点，认为地球和天体的外壳都被撞入了太空，最终形成了月球。
艺术家假想图：一个火星大小的天体与地球相撞
“大碰撞之后，地球和月球都极其炎热，”西古德森说。“地球和撞击的天体并没有立刻熔化，它们的一部分蒸发了，在地球周围形成了一圈由石头、岩浆和蒸汽组成的盘。
艺术家假想图：地球周围形成了一圈由石头、岩浆和蒸汽组成的盘
“当时，月球和地球在彼此的天空中，都非常巨大，”罗伊说，“月地距离比现在近10到20倍。很快，月球就被潮汐锁定，自转一周的时间等同于绕地球公转一周的时间。从那时起，月球就总是将固定的一面朝向地球。潮汐锁定是由两者的引力所造成的。”
艺术家假想图
月亮比地球小很多，因此冷却得非常迅速。由于地球和月球一开始就被潮汐锁定，当时还很炎热的地球（高于2500℃），向月球正面辐射着热量。月球背面，由于远离火球一样的地球，慢慢冷却下来了。此时，月球正面依然是一片熔化的火海，这在月球的两个半球之间形成了温度差。
潮汐锁定
温度差对月壳的形成至关重要。月球的外壳拥有高浓度的铝元素和钙元素，都是难以蒸发的元素。
“当岩石蒸汽开始冷却，首先降下的就是铝和钙”。西古德森说。
“由于月球正面温度依然很高，因此铝和钙先在月球背面沉积下来。亿万年的时光中，这些元素在月幔中与硅酸盐相结合，形成了斜长石（plagioclasefeldspars），之后缓慢上升移动到表面，形成月壳，”罗伊说。“月球背面的月壳拥有更多的这些矿物质，而且厚很多。”
月球内部结构
月球现在已经完全冷却了，在表面之下也没有熔岩。但在月球形成的早期，天体撞击它的正面，击穿月壳，释放出月壳下的岩浆，汇聚成岩浆湖，这正是今天“月海”的前身，逐渐形成了我们今天看到的“月亮的脸”。然而，当小行星撞击月球背面时，由于月壳太厚，几乎没有熔岩被释放出来，因此只在月球背面形成了山谷、环形山和高地，但是几乎没有月海。
这就是科学家对这个困扰人类55年的“月球背面高地问题”的最新解读。
作者：A'ndrea Elyse Messer
来源：http://news.psu.edu/
编译：Newton-科学世界
论文地址：http://iopscience.iop.org/2041-8205/788/2/L42/
联系客服
