月背的地殼組成為何與正面截然不同？太陽(yáng)系最大的撞擊坑——南極-艾特肯盆地（SPA盆地）的形成如何塑造了月球的命運(yùn)？月球的磁場(chǎng)是何時(shí)、以何種方式消失的？月幔深處是否隱藏著未知的秘密？

7月9日，中國(guó)科學(xué)院召開(kāi)新聞發(fā)布會(huì)，發(fā)布嫦娥六號(hào)月球樣品最新研究成果。由中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)與南京大學(xué)等科研團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)的四項(xiàng)突破性研究，作為封面文章發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》，首次揭示了月背巖漿活動(dòng)、月球古磁場(chǎng)、月幔水含量及月幔演化特征，為破解月球“二分性”之謎和重塑其演化歷史提供了關(guān)鍵證據(jù)。

▲ 月球背面影像圖（圖源：中國(guó)的航天）

月球形成于約45億年前，由一次火星大小的天體撞擊原始地球后濺射出的物質(zhì)凝聚而成。早期熾熱的月球經(jīng)歷“巖漿洋”階段，分異形成月殼、月幔等結(jié)構(gòu)。然而，過(guò)去所有的月球采樣返回樣品均局限于月球正面。

月球的正面和背面差異巨大，正面相對(duì)平坦，有廣闊的玄武巖平原；背面則高地遍布，月海稀少。科學(xué)家提出了很多理論來(lái)解釋這種“二分性”，比如月球形成早期巖漿洋（LMO）冷卻結(jié)晶不均勻、月幔內(nèi)部物質(zhì)對(duì)流不對(duì)稱(chēng)，正背面巨型撞擊作用的差異等。然而，過(guò)去所有的月球采樣任務(wù)都只在月球正面進(jìn)行，月球背面樣本的缺乏使得背面深部月幔特征一直是未解之謎。

此前，科學(xué)界對(duì)于月球背面的認(rèn)識(shí)主要基于遙感研究，2024年6月25日，嫦娥六號(hào)任務(wù)成功實(shí)現(xiàn)了人類(lèi)首次月球背面采樣，這些樣品采集于月球上最大、最深且最古老的撞擊坑——南極-艾特肯盆地，為厘清月球正面和背面物質(zhì)組成的差異、破解月球“二分性”之謎打開(kāi)了一扇前所未有的窗口。

在最新的研究中，科研人員通過(guò)對(duì)樣品的高精度同位素定年，首次確定月球背面至少存在約42億年前和約28億年前的兩期玄武質(zhì)火山活動(dòng)，表明月球背面可以維持持久的火山活力。這極大拓展了對(duì)于月球背面巖漿活動(dòng)歷史的認(rèn)識(shí)。

中國(guó)科學(xué)院院士、地質(zhì)地球所研究員吳福元在報(bào)告中介紹，科研人員首次從28億年前的月背玄武巖樣品中成功提取了古磁場(chǎng)強(qiáng)度信息。分析發(fā)現(xiàn)，該時(shí)期的月球磁場(chǎng)強(qiáng)度與更早期（35億~40億年前）阿波羅樣品記錄的強(qiáng)度基本相當(dāng)，甚至略有升高。這一發(fā)現(xiàn)顛覆了月球磁場(chǎng)隨時(shí)間單調(diào)衰減直至消失的傳統(tǒng)觀點(diǎn)，首次揭示月球內(nèi)部發(fā)電機(jī)（產(chǎn)生磁場(chǎng)的液態(tài)金屬核運(yùn)動(dòng)）在約28億年前曾出現(xiàn)波動(dòng)或增強(qiáng)跡象，表明月球內(nèi)部熱演化過(guò)程比預(yù)想的更復(fù)雜、更具活力。

對(duì)于月幔水含量及地球化學(xué)特征，科研人員首次獲得了月球背面月幔的水含量，發(fā)現(xiàn)其顯著低于正面月幔，指示月球內(nèi)部水分布也存在二分性；發(fā)現(xiàn)了月球背面玄武巖來(lái)自極其虧損的源區(qū)，它可能指示了原始月幔的極度虧損，或源于大型撞擊事件導(dǎo)致的熔體抽取，揭示大型撞擊事件可能對(duì)月球深部圈層演化產(chǎn)生巨大影響。

吳福元表示，南極-艾特肯盆地是月球三大構(gòu)造單元之一，直徑約2500千米，該撞擊坑形成的能量大約相當(dāng)于原子彈爆炸的萬(wàn)億倍，但這種大型撞擊到底對(duì)月球演化造成怎樣的影響，一直是未解之謎。此次在《自然》雜志發(fā)表的四篇文章，首次系統(tǒng)揭示了南極-艾特肯大型撞擊的效應(yīng)，這是成果的核心亮點(diǎn)。

除了此次四項(xiàng)科學(xué)進(jìn)展，一年來(lái)，科學(xué)家們利用嫦娥六號(hào)樣品還取得了其他許多科學(xué)突破。例如，國(guó)家天文臺(tái)與合作者發(fā)表嫦娥六號(hào)返回樣品的首篇研究論文，揭秘了樣品的物理、礦物和月幔演化特征；廣州地球化學(xué)研究所與合作者也發(fā)現(xiàn)月球背面存在28億年前火山活動(dòng)，并發(fā)現(xiàn)其月幔源區(qū)極度虧損，由此提出月球巖漿活動(dòng)分布是月殼厚度以及源區(qū)物質(zhì)組成共同作用的結(jié)果，為月海玄武巖分布的二分性提供了全新認(rèn)識(shí)；地質(zhì)地球所與合作者首次精確測(cè)定南極-艾特肯盆地形成于42.5億年前，讓人類(lèi)在了解太陽(yáng)系早期大型撞擊歷史方面有了更精確的“宇宙時(shí)鐘”標(biāo)尺。

中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)探月工程首任首席科學(xué)家歐陽(yáng)自遠(yuǎn)總結(jié)中國(guó)探月工程的里程碑意義時(shí)表示，嫦娥五號(hào)和嫦娥六號(hào)的關(guān)鍵成就，在于它們?yōu)榻鉀Q月球演化歷史中“一老一新”這兩個(gè)最根本的科學(xué)問(wèn)題提供了全新的信息和認(rèn)識(shí)。嫦娥五號(hào)任務(wù)確認(rèn)了月球最年輕的巖漿活動(dòng)在約20億年前，將月球的“地質(zhì)壽命”延長(zhǎng)了約10億年。嫦娥六號(hào)任務(wù)則揭示了月球最古老的撞擊記錄和持續(xù)至28億年前的巖漿活動(dòng)，豐富了月球從誕生（老）、成長(zhǎng)到衰亡（新）的歷史畫(huà)卷。

文/記者 鄧雨楠

編輯/劉喆

審核/李淑姮

監(jiān)制/索阿娣

本文轉(zhuǎn)載自公眾微信號(hào)：中國(guó)航天報(bào)

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