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《月球科学概论》读书笔记

第四章 月球的地形与地貌

1 地貌类型

1.1 月海与类月海（大型盆地）

用肉眼在月面上看到的暗黑色斑块被称之为月海，是月球表面的宽广平原，其分布如图1，主要月海的平均直径或最长边长如表1：

图1 月球上各种地貌类型分布简图

表1 月球上主要月海及其直径

类月海指的是大小和形貌与月海盆地相似，但底部没有被暗黑色的玄武岩填充的地貌类型，其主要分布于月球背面，如图2所描述的东海盆地。

图2 月球上东海盆地简图

1.2 月海、月沼与月湖

月海延伸进高地的部分称为月湾和月沼，如露湾、暑湾、中央湾、腐沼、疫沼、梦沼等，有一些小的月海则称为月湖，如梦湖、死湖等。

1.3 撞击坑

撞击坑指的是布满月球表面大小不一且数量众多的圆形凹坑构造，包括撞击坑环形山、辐射线以及与撞击坑有关的隆起构造，月球表面的撞击坑总数要大于33000个且主要分布于月球高地（背离地球的一面），其主要的辐射坑及相关参数如表2。

表2 月球上主要的辐射撞击坑统计

月表年龄越古老，遭遇陨石撞击的机会就会越多，撞击坑的密度也就越大。其中，如图3，在月球正面，撞击坑最密集的地方位于其中南部，其密度随着离该地区的距离增大而减小。月海平原的撞击坑密度较小，尤其是在雨海、澄海及其之间的亚平宁山脉和高加索山脉最小。

图3 月球正面的撞击坑密度图

大多数撞击坑都被环形山所包围，这些环形山的高度在300-7000 m之间。典型的环形山是由连续屹立的岩壁组成的，岩壁上常有隆起的高峰。那些古老的撞击坑环形山受到了部分的侵蚀和掩埋。撞击坑通常拥有相对平坦的底部，但深度不一，大概在数十米到6千米之间。大型撞击坑底部中央往往有中央峰（如图4），其高度一般低于环形山本体，部分撞击坑的底部呈现出月海的暗黑色，很可能也被月海玄武岩填充。

图4 月球上具有中央峰的撞击坑形貌及其形成过程示意图

月球表面每平方千米面积上包括月海和撞击坑在内的环形构造的数量与直径存在较强的反相关关系（如图5），即直径越小的环形构造分布越密集，也就是说月表遭到小型撞击事件的几率要远大于大型撞击事件。

图5 单位月面上环形构造的数量与直径的关系曲线

撞击坑的直径范围可从几十厘米至数千米以上，其中直径大于1千米的撞击坑总面积占月球表面积的7%至10%。并且据统计，撞击坑的深度与直径之比会随着直径的减小而增大（如图6）。

图6 212个月球表面撞击坑的直径与深度

一般的，撞击坑的深度和直径不仅与撞击体的大小、初速度、轨道、密度和结构有关，还与被撞天体的重力场、撞击点的岩性有关。可根据撞击坑的形态将其分为碗形的小型撞击坑（如图7）、具有中央峰的较大型撞击坑（如图4）、具多环盆地的巨型撞击坑（如图2）。

图7 月球表面碗形的小型撞击坑

其中，碗形撞击坑是最简单的撞击坑，其直径一般在15至20千米以内，如图8中的普罗克鲁斯撞击坑。

图8 普罗克鲁斯撞击坑的剖面示意图

随着撞击坑直径的增大，当其直径大于15千米时，其形态也会逐渐变得复杂，当其直径大于35千米时，一般就会存在中央峰，如图9中具有塌陷的坑壁和中央隆起的Theophilus撞击坑。

图9 具有塌陷的坑壁和中央隆起的Theophilus撞击坑剖面示意图

月表的多环盆地虽然不称为坑，但其也是由大型撞击体撞击形成的特大型“撞击坑”。在月球上共44个直径大于300千米的盆地中就有至少30个多环盆地（如表3）。月球上具有多环盆地结构的典型撞击坑形貌特征及其形成过程如图10。

表3 月球上的大型多环盆地

图10 月球上具有多环盆地结构的典型撞击坑形貌特征及其形成过程示意图

1.4 高地、山脉和峭壁

月球表面高出月海的地区均称之为高地。在月球正面高地的面积与月海大致相等，而在月球背面高地面积则要大得多，并且高地一般高于月海水准面约2~3km。由于浅色斜长岩具有较高的太阳光反射率，使得由其组成的月球高地显得洁白发亮，根据撞击坑的密度和同位素年龄测定可以推测月球高地要比月海更加古老。

分布在月球表面连续的、险峻的山峰带被称之为山脉或山系，数量不多，但高度可达7~8km。月表最大的山脉亚平宁山脉长达1000km，高出月海水准面3~4km。这些山脉具有相似的地貌特征，即向月海的一面陡峭并呈明显的断崖状，向外侧陆地的一面非常平缓。已统计月表共有6个高达6km以上的山峰，20个高达5km的山峰，约80个高达4km的山峰，以及近200个高达1km的山峰。

此外，月表还有着4座长达数百千米的峭壁。

1.5 月谷和月溪

在月表存在着一些黑色的大裂缝，长度可以达到数百千米，宽度可达数十千米，类似于地球上的峡谷，其中较宽广的被称之为“月谷”（Valleys），较狭长的被称之为“月溪”（Rilles）。月谷主要分布于月球高地较平坦区域，月溪主要分布于高地和月海，已发现的月谷和月溪如表4所示。

表4 月面上主要的月谷和月溪

2 地貌特征

由于相比于地球，月球表面的地质活动早在数十亿年前就几乎停止，故月球现存的地貌特征拥有着更加悠久的历史，其99%的表面地形都是在30亿年前形成，70%的表面地形都是在40亿年前形成的。

（一）平均坡度

月海平原相对平坦，其最大坡度约为17°，主要坡度在0°~10°之间，标准差为3.7°；月球高地的地形起伏要大一些，其最大坡度约为34°，大部分坡度在0°~23°之间，标准差为4.5°~6.0°甚至更高；撞击坑内侧坡度较陡，在25°~50°之间，平均为35°左右；外侧坡度较缓，在3°~8°之间，平均为5°左右，向外侧与平原相连。

（二）月表粗糙度

在Surveyor-3着落区内的月表上，每100m²范围内的石块数分布如下：直径大于6cm的石块数约为100个，直径大于25cm的石块数约为3~4个，直径大于50cm的石块数约为0.6个。

在Apollo-11着陆区的月表上，每100m²范围内的撞击坑个数如下：直径大于1m的撞击坑数约为100个，直径大于3m的撞击坑数约为0.4个，直径大于50m的撞击坑数约为0.1个。

在Apollo-17着陆的金牛-利特罗峡谷虽然总体地形相对平缓，但广泛分布有大小不一的岩石块，如图11所示。

图11 月球上金牛-利特罗峡谷地区（Apollo着陆区）的地形（远处为月球车）

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