图源：Pixabay
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嫦娥六号首次月背挖土，哪些谜题即将解开？
赵金瑜 | 撰文
作为地球唯一的天然卫星，月球始终只向地球展示其“正面”，而它的背面长期处于人类视线之外的“黑暗之中”。自1959年苏联发射的Luna-3号首次拍摄到月球背面的照片以来，科学家们惊讶地发现，月球的正面和背面就像双胞胎中性格迥异的姐妹，在地形地貌、地壳厚度、放射性元素分布等诸多方面都呈现出显著差异，这种现象被称为月球的“二分性”。这些截然不同的特质，也激发了人们进一步探究其形成原因的兴趣。
左边为月球背面，充满了大大小小凹凸不平的陨石坑；右边为月球正面，很大一部分面积被深色的月海覆盖。图源：https://www.greenconut.com/trivia/back-side-of-moon_0914/
11月15日，发表在《自然》杂志的一项研究揭示了嫦娥六号着陆点在约28亿年前发生过火山喷发活动，这一发现不仅填补了月球背面火山活动记录的空白，还颠覆了人们此前对月球火山活动的认知。
中国科学院地质与地球物理研究所的李秋立团队获得了两份珍贵的月壤样本，一份2克，一份3克。他们从样本中随机挑选了约400个岩石碎片进行研究，其中约30%被鉴定为玄武岩。这些玄武岩碎片呈现出丰富的结构多样性，其中91%显示中粒至粗粒的亚辉绿和似斑状结构，表明岩浆经历了缓慢冷却的过程，而另外9%的斑状结构则由大型斑晶和细小基质组成，反映了快速冷却的特征。这种结构差异揭示了月球背面存在不同时期、不同深度的火山喷发活动。
在矿物组成方面，这些玄武岩主要由单斜辉石、斜长石和钛铁矿构成，属于典型的低钛玄武岩，这与月球正面的玄武岩组成有所不同，反映出月球两侧地幔的成分差异。研究人员还发现了重要的“年代计时器”——锆质矿物，它们通常形成于岩浆结晶的最后阶段。利用先进的二次离子质谱仪（SIMS），李秋立及其同事对这批玄武岩碎片进行了详细的铅同位素测年分析，他们发现嫦娥六号着陆点附近存在两个主要的火山活动期：一个发生在28亿年前，另一个则可追溯到42亿年前。这一发现不仅证实了月球远侧的火山活动持续了至少14亿年，也表明月背较为活跃的火山活动或许是造成二分性的重要原因。
研究团队通过分析玄武岩中的铅同位素，发现了月球背面火山活动的独特特征。42亿年前的高铝玄武岩来自一个富含KREEP（钾、稀土元素和磷）的源区，其238U/204Pb比值（μ值）高达1620。相比之下，28亿年前的主要火山活动来自一个KREEP含量极低的源区，其μ值仅为360，是已知月海玄武岩中最低的值之一。
这一发现令科学家们感到意外，此前普遍认为月球背面几乎不存在KREEP物质，因为卫星观测显示该区域的钍含量很低。本研究中的发现表明，即使在早期的南极-艾特肯盆地巨大撞击事件之后，月球背面的某些区域仍保留着富集KREEP组分的月幔物质。这不仅挑战了传统认知，也暗示月球早期的内部演化过程比此前认为的要复杂得多。
通过对比发现，月球表面撞击坑统计年代与实测年代高度吻合，证实了此前主要基于月球正面建立的定年模型同样适用于背面。特别是28亿年这个年代点，恰好填补了月球年代学在32亿年（美国阿波罗计划所带回样品测得）到20亿年（苏联Luna系列探测器所带回样品测得）之间的关键空白，为完善整个太阳系内部行星的年代学研究提供了重要参考。
嫦娥六号带回的珍贵月壤样本，不仅改变了人们对于月球的某些认知，也为解开二分性这个谜题提供了一些重要线索。首先，通过对月壤样本的分析，发现月球背面的火山活动竟然持续了超过14亿年，远超此前根据卫星遥感数据估算的时长。这一发现颠覆了我们对月球背面火山活动的认知，表明月球的火山活动可能比预想的更加频繁和持久。
更令人惊讶的是，研究发现月球正面和背面地幔的成分范围相似。这意味着造成月球正反两面火山活动差异的主要原因，可能并非源自内部物质成分的不同，而是地壳厚度的差异。月球背面的地壳更厚，或许阻碍了地幔物质上涌，导致背面的火山活动相对较少。
这些发现为破解月球二分性之谜提供了直接的证据和思路。月球正反两面的差异可能主要源自表面地质条件，而非深部结构和成分。
此外，嫦娥六号的发现还为月球的热演化历史研究提供了新的时间框架。月球背面火山活动的持续时间远超预期，意味着月球的冷却过程可能比之前认为的更加缓慢和复杂。
随着更多探测任务的开展，我们离破解月球演化的完整图景越来越近，月球这位神秘的邻居正在逐渐展现其真实面貌。
参考资料：
https://www.nature.com/articles/s41586-024-08382-0
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