月球的内核结构到底是什么样的?

月球是空心的?这事儿不靠谱

月球，夜空中最亮的星。作为地球最近的邻居，月亮是文学作品中的常客，以至于在神话界也流传着它的传说。

自古以来，人类就对月球充满了好奇，也未停止探索月球的脚步。无论是阿波罗登月还是嫦娥奔月，毫无疑问都增加了我们对月球的了解。然而，时至今日，我们对月球的了解依然非常有限。比如，月球内部到底是什么?月球的内核结构到底是什么样的?

对于这个问题，有种观点一度甚嚣尘上。那就是月球空心说。

阿波罗计划为空心说背书？

所谓月球空心说，就是认为月球是一个中空星球的假说。这个假说最早由苏联天体物理学家米哈依尔·瓦西里和亚历山大·谢尔巴科夫提出。他们在《真理报》上撰文指出：“月球可能是外星人的产物。15亿年以来，月球一直是外星人的宇航站。月球是空心的，在它的内部存在一个极为先进的文明世界。”

最初，这种论调并没有多少证据支持，也没有引发广泛关注。然而，阿波罗登月计划带回的月表岩石和月震实验让这一切有了变化。从此，月球空心说似乎有了坚实的证据基础，也引来了一批拥趸者。

在月球空心说的所谓证据中，最著名的当属“阿波罗月震实验”。1969年，“阿波罗12号”的登月舱返回绕月轨道和指挥/服务舱对接之后，把上升级重新丢回月球表面时，产生的月震被事先安置在月球表面的月震仪观测到了信号。令人吃惊的是这次振动竟然持续了55分钟。就像用锤子用力敲击大钟一样，振动持续很长时间才慢慢消失。这相比于地球上当时已知的地震观测确实有很大差异。

正常情况下，当人们用力敲击一个空心铁球时，它会发出嗡嗡而持续的振动，而敲击实心铁球的时候，只会听到短暂的振动。这个持续振动的现象让人们开始设想月球是空心的。

另一个被空心论粉丝们反复提及的证据，是阿波罗登月计划带回来的月表玄武岩密度略大于地球岩石。阿波罗任务带回的几处玄武岩样本的密度为每立方厘米3.3至3.5克，而地球玄武岩的密度是每立方厘米不到3.0克。然而，月球的整体密度却比地球小很多，只有地球的60%。因此，人们认为月球是中空的。

所谓证据只能反映月表属性

虽然月球空心说在民众中有不少粉丝，曾经也获得了一些科学家的支持，但主流科学界并不认同这种观点。在多数科学家看来，月球空心说是没有科学根据的。

澳门科技大学博士后研究员徐蒙在接受科技日报记者采访时表示，所谓的阿波罗月震实验并不能说明月球是空心的，或者说并不能反映任何月球内部结构，因为这次月震只是经过月球浅表层后传回的信号，根本没有进入月球内部深处。

“更长的衰减时间只说明月震波在表层衰减得更慢而已。研究者们通过对‘阿波罗11号’带回的月岩样本进行分析，发现月岩比地球上的岩石要干燥得多，因此月震波传播时受到的阻力就很小，衰减自然也就慢得多。后来的多次人工和天然浅层月震也发现了类似的现象，说明这是月表本身的性质决定的，与月球更深处的结构没有关系。”徐蒙说。

中国科学院国家天文台研究员平劲松也曾向科技日报记者明确表示，空心说不靠谱。“月球转动异常探测和地震数据都不支持月球空心说，月球不可能是空心的。”他强调。

与此同时，月表玄武岩密度略大于地球玄武岩密度主要是因为月球玄武岩中氧化铁含量更高一些。此外，月球上的岩石除了月海玄武岩，还有高地斜长岩。后者的密度会小得多，只有每立方厘米2.8克左右。在考虑疏松程度(孔隙度)之后，实际的月壳密度略低于地壳的密度。

徐蒙表示，通过阿波罗月震数据，人们对月球内部各层的密度已经有了大致的认识。月球也和地球一样，有壳、幔、核结构，而且它们也是密度越来越大的，并不存在月核比月幔密度低的说法。另一方面，目前我们已经知道，大型岩质行星在演化的早期都经历过热分异，也就是较重的元素(比如铁和镍)向中心“下沉”;相对较轻的硅酸盐成分“上浮”。所以理论上来说水星、金星、地球、火星和月球都是从外向内密度越来越大的，不可能存在“空心”的情况。

引力场地震波携手揭密内部结构

既然月球内部不是空心的，那么科学家又是怎么来探索它的内部结构呢?

对于月球内部结构的研究，圈层不同，科学家采用的研究方法也不同。“从观测和实验的角度来看，处于月球表面的月壳是可以进行直接研究的。而处于内部的月幔和月核，我们一般只能用间接的方法进行研究。最主要的间接研究方法是测量月球引力场和研究月震波。”中山大学物理与天文学院副教授刘尚飞说道。

由于万有引力的作用，绕月飞行器在月球的引力作用下会沿着近椭圆轨道运行。之所以不是严格的椭圆，是因为月球不是一个质点，而是一个密度不均匀的近似球体。假设月球某一面的密度较高，那么飞行器在经过这一面时受到的引力就比在相反的一面要大。因此通过对飞行器轨道的精确研究，可以反推出月球内部的密度分布。这样科学家就可以根据月球内部密度分布的不同来了解月球内部的成分。这就是通过测量月球引力场来研究月球内部结构的原理。

而月震波研究就跟利用地震波研究地球内部结构的原理一样，通过对月震波在月球内部传播情况的分析，可以推测出月球内部物理性质发生突变的区域。

“通过这两种方法对月球内部的研究，都没有得出月球是空心的结论，得出的月球结构都符合月球有一个致密铁核的假设，只不过这个铁核有点小。”刘尚飞说。

他表示，之所以月球的铁核比较小，或许与月球的形成过程有关。现在主流的关于月球形成的大碰撞模型认为，在太阳系早期，一个和火星一样重的行星以一定的倾角撞击了地球，随后该行星的铁核被地球吸收，同时，碰撞也使得两者都损失了一定的地幔。这些损失的地幔进入了地球的轨道，最终形成了今天的月球。组成地幔的物质含铁较少，月球天生缺铁，因而现今月球的铁核也比较小。