在这项研究中,西格勒博士和他的同事分析了 2007 年发射的嫦娥一号和 2010 年发射的嫦娥二号上微波仪器的数据,这两个早期的中国航天器已不再运行。 由于国会目前禁止美国宇航局和中国之间的直接合作,而且该研究是由美国宇航局拨款资助的,西格勒博士无法与收集数据的科学家和工程师合作。
“这是一个限制,我们不能直接打电话给在中国制造该仪器的工程师说,‘嘿,我们应该如何解释这些数据?’”他说。 “如果我们能够一直与中国科学家一起研究这个问题,那就太好了。 但我们不被允许这样做。 但幸运的是,他们公开了一些数据库。”
他能够利用中国科学家冯建清的专业知识,冯建清在一次会议上认识了西格勒博士。 冯博士当时在中国科学院从事月球探测项目。
“我意识到,结合不同国家的月球探测数据将加深我们对月球地质的理解,并得出令人兴奋的发现,”冯博士在一封电子邮件中说。 “因此,我辞去了在中国的工作,搬到了美国,加入了行星科学研究所。”
中国的轨道飞行器都配备了微波仪器,这在许多地球轨道气象卫星上很常见,但在行星际航天器上很少见。
因此,嫦娥一号和嫦娥二号的数据提供了月球的不同视图,测量了地表以下 15 英尺的热量流动,并被证明是研究康普顿-贝尔科维奇奇点的理想选择。
从视觉上看,该地区看起来并不起眼。 (它甚至没有自己的名字;连字符的名称源自两个相邻的陨石坑:康普顿陨石坑和贝尔科维奇陨石坑。)尽管如此,该地区几十年来仍然让科学家们着迷。
20 世纪 90 年代末,时任洛斯阿拉莫斯国家实验室科学家的戴维·劳伦斯 (David Lawrence) 在研究 NASA 月球勘探者任务收集的数据时注意到 伽马射线的亮点 从月球背面的这个位置拍摄。 伽马射线的能量是光的最高能量形式,相当于放射性元素钍。
“这是一个奇怪的地方,在钍丰度方面非常引人注目,”劳伦斯博士说,他现在是马里兰州约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的行星科学家。 “我是一名物理学家。 我不是月球地质学专家。 但即使作为一名物理学家,我也看到了这一点,并说,‘好吧,这是值得进一步研究的东西。’”
下一个启示是在 2009 年 NASA 的月球勘测轨道飞行器抵达之后。圣路易斯华盛顿大学地球与行星科学教授布拉德利·L·乔利夫 (Bradley L. Jolliff) 领导的一个团队 检查了康普顿-贝尔科维奇的高分辨率图像。
乔利夫博士说,他们看到的东西“看起来可疑地像火山口”,他指的是火山边缘的遗迹。 “如果你认为这些特征已有数十亿年的历史,那么它们保存得非常完好。”
由凯瑟琳·雪莉 (Katherine Shirley) 领导的最新分析现供职于英国牛津大学的他估计这座火山的年龄为 35 亿年。
由于月球土壤是良好的绝缘体,可以抑制昼夜温差,因此微波发射很大程度上反映了月球内部的热量流动。 西格勒博士说:“你只需要到达地表以下大约两米,就能看不到来自太阳的热量。”
在康普顿-贝尔科维奇,热流高达每平方米 180 毫瓦,大约是月球背面高地平均热流的 20 倍。 该测量值对应于地表以下约 6 英尺的负 10 华氏度温度,即比其他地方高出约 90 度。
西格勒博士说:“这颗卫星很引人注目,因为与月球上其他地方相比,它只是发出炽热的光芒。”
为了产生如此多的热量和钍伽马射线,西格勒博士、冯博士和其他研究人员得出结论,含有钍等放射性元素的花岗岩是最有可能的来源,而且必须有很多。
“这似乎更具体地确定了下面真正的材料类型,”劳伦斯博士说,他是《自然》杂志这篇论文的审稿人之一。
“这有点像冰山一角,”他在谈到最初的伽马射线发射时说道。 “你在康普顿-贝尔科维奇所看到的,是某种更深层事物的表面表现。”
月球其他地方的火山活动也很明显。 硬化熔岩平原——玄武岩海或海洋——覆盖了大片表面,大部分位于近侧。 但康普顿-贝尔科维奇不同,它类似于地球上的某些火山,如斐济山和圣海伦斯火山,喷出更粘稠的熔岩。
花岗岩在太阳系的其他地方似乎很稀有。 在地球上,花岗岩形成于火山地区,板块构造作用将海洋地壳推入大陆下方,板块构造是推动地球外壳碎片的地质力量。 水也是花岗岩的关键成分。
但月球大部分是干燥的,缺乏板块构造。 50多年前美国宇航局宇航员带回的月球岩石中只含有几粒花岗岩。 但来自中国轨道飞行器的数据显示,康普顿-贝尔科维奇下方有超过 30 英里宽的花岗岩地层。
“现在我们需要地质学家弄清楚如何在没有水、没有板块构造的情况下在月球上产生这种特征,”西格勒博士说。
乔利夫博士没有参与研究,他说这篇论文是“一个非常好的新贡献”。 他说,他希望美国宇航局或其他航天机构能够向康普顿贝尔科维奇发射一艘航天器,进行地震和矿物学测量。
这样的任务可以帮助测试关于火山最初是如何形成的想法。 一种假设是,一股炽热的物质从地壳下方的地幔中升起,就像夏威夷群岛下发生的情况一样。
对于冯博士来说,他目前在美国工作的签证即将到期。 他正在申请一份新的职位,在中美地缘政治角力中开启自己的科学生涯。
“我们现在开始研究月球上其他潜在的花岗岩系统,”他说。 “此外,我们将扩展我们的模型来探索木星的冰卫星。 因此,我想尽可能长时间地留在美国。”