科技日報記者 王延斌

7月初，世界首份月球鎂環礦物學“檢測報告”在山東大學發布。這項成果基于我國嫦娥六號任務返回的月壤樣品，揭示了月球背面南極-艾肯（SPA）盆地中富鎂輝石環（即“鎂環”）區域的真實成分，填補了人類對月球背面SPA盆地深部巖石類型及成因認知的空白。上述成果刊登在《自然》旗下《通訊·地球與環境》上。

嫦娥六號月壤的演化過程示意圖。受訪者供圖

為月球深部物質做“X光掃描”

該文第一作者、山東大學空間科學研究院行星科學團隊成員曹海軍博士向記者表示，此次通過嫦娥六號實地采樣與實驗室分析，科研人員首次獲得了這一區域的“地面真值數據”，如同為月球做了一次“深度X光掃描”，讓我們首次得以了解月球背面內部某些未知區域的成分，揭示月球背面月壤的最新秘密。

長久以來，月球背面被認為是充滿神秘色彩的地方，對月球背面的觀測曾一直依賴遙感技術，缺乏實物依據。山東大學空間科學研究院行星科學團隊利用拉曼光譜技術分析了我國嫦娥六號返回的月壤樣品，成功獲得了SPA盆地富鎂輝石環的世界首份礦物學“月面真值”。

所謂“月面真值”，是指通過對實際采樣的月壤進行實驗室觀測，獲取的高精度、可信的礦物組成數據，相當于一份月球地質的“檢測報告”。而“富鎂輝石環”就是指這個地方的巖石里含有大量的低鈣輝石，這是一種富鎂、低鈣的礦物。

SPA盆地是月球上最大、最深和最古老的撞擊盆地，同時也是太陽系類地行星上最大的隕石坑，占整個月球表面的近八分之一。曹海軍表示，形成SPA盆地的大撞擊事件可能挖穿月殼并暴露出月幔等深部物質，因此SPA盆地在研究月球早期熱演化、撞擊過程和殼幔組成方面具有重大科學價值。

新研究刻畫月背月壤演化歷程

上述成果的通訊作者山東大學教授凌宗成表示，通過對嫦娥六號月壤進行礦物學統計分析，他們識別出16種礦物，主要以斜長石、輝石為主，富含外來物質，但橄欖石和鈦鐵礦含量顯著低于來自月球正面的月壤樣品。

據了解，嫦娥六號月壤中大約31%到40%的物質，主要來自月球SPA盆地一個富鎂輝石的Chaffee S撞擊坑。簡單來說，上述撞擊坑就像是一個巨大的“彈坑”，它釋放的物質被月球的重力吸引并落到附近的區域并與當地土壤混合，形成了這些月壤成分。

科研人員發現，SPA盆地鎂環物質主要為斜長石（63%-67%）和低鈣輝石（25%-27%）組成的亞鐵蘇長巖。這一富鎂輝石環的成分與SPA盆地撞擊熔融席形成的初始深成巖相比，斜長石含量明顯偏高。這一特征表明，在SPA盆地的撞擊事件后期，約有61%-63%的月殼物質被重新混入到初始蘇長巖中，經過撞擊后的“重塑”過程，最終形成了SPA盆地內環狀結構的亞鐵蘇長巖地質單元。

基于樣品的光譜學與礦物學特征，科研人員首次構建了嫦娥六號著陸區月壤的撞擊混合演化模型，將月壤的形成歷程劃分為五個階段：

第一階段為約28億年前玄武巖單元的噴發與冷卻，奠定了月壤母巖基礎；第二階段，遠端大型撞擊將富含鎂的蘇長巖碎屑濺射至著陸區；第三階段，著陸區經歷多次次生撞擊，導致濺射物進一步粉碎；第四階段，小型撞擊事件持續發生，不僅補充了粗粒物質，還誘發低溫沖擊變質作用，使月壤逐漸細粒化；第五階段，在長期太空風化作用下，月壤最終形成了豐富的細粒顆粒、膠結玻璃與金屬鐵成分。

凌宗成說，這項發現有助于我們理解月球的歷史和演化過程，尤其是它如何從年輕時的高溫狀態逐漸冷卻，經歷太陽系早期巨型撞擊、后續系列火山噴發以及晚期月壤太空風化等地質過程，最終形成今天的模樣。