自LIGO科學合作組織(LIGO Scientific Collaboration)於2015年首次直接探測到重力波以來,重力波天文學已成為研究黑洞、中子星及宇宙演化的重要工具。然而,目前地面與太空重力波探測器在約0.1 Hz的「分赫茲頻段(deci-hertz band)」仍存在觀測空缺。最新研究提出,月球本身可視為一座天然的重力波共振天線,而月球地殼厚度的不均勻分布,不僅不會削弱重力波引發的月震訊號,反而可能產生顯著放大效果,為未來月球重力波探測計畫提供新的理論依據。
研究團隊以數值模擬分析重力波穿越月球時所激發的月震反應。結果顯示,月球背面的高地因地殼較厚,可使重力波誘發的震動訊號平均增強約10%;在部分狹窄頻段,共振效應甚至可使訊號放大超過10倍。
模擬亦顯示,訊號增強具有明顯的空間與頻率依賴性,其中月球背面高地及南極-艾特肯盆地(South Pole–Aitken Basin)周圍厚地殼區域,是最有利的重力波探測地點;相反地,月球正面的玄武岩月海因地殼較薄,整體訊號相對較弱。不過研究也發現,在部分約0.06 Hz的窄頻範圍內,盆地地形可能造成波動聚焦,即使位於較薄地殼區域,仍可能出現局部訊號放大現象。因此,未來月震儀的部署不能僅依據地殼厚度,而必須結合高解析度地形模型與不同頻段的數值模擬,才能選擇最佳觀測位置。
研究團隊認為,本研究建立了月球內部結構與重力波可探測性之間的直接關聯,也為未來月球重力波天線(Lunar Gravitational-Wave Antenna)及月球雷射干涉重力波天線(Laser Interferometer Lunar Antenna)等概念任務提供重要理論基礎。未來若能在月球長時間布設高靈敏度月震儀,除有望填補現有重力波觀測頻譜的空白外,還可利用重力波激發的月球自由振盪反向推算月球三維內部結構,使月球同時成為重力波探測器與研究月球內部構造的天然實驗室,開啟重力波天文學與月球科學結合的新方向。







