月背是怎樣形成演化的？月背的南極-艾特肯盆地經(jīng)歷過什么？月球的正面和背面差距有多大？

2024年6月，嫦娥六號(hào)實(shí)現(xiàn)世界首次月球背面采樣返回，帶回1935.3克樣品。2025年7月9日，中國科學(xué)院發(fā)布嫦娥六號(hào)月球樣品最新研究成果，四項(xiàng)重磅研究以封面文章形式發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然》，首次系統(tǒng)揭示南極-艾特肯大型撞擊的效應(yīng)，讓人們得以了解月球背面的演化歷史，進(jìn)一步揭開月球背面的神秘面紗。

月球科研重要方向！首次揭示南極-艾特肯大型撞擊效應(yīng)

月球是離我們最近的星體，人類從未停止過對(duì)月球的探索。由于引力和位置關(guān)系，月球永遠(yuǎn)只有一面正對(duì)著地球，另一面到底什么樣，仍有大量未解之謎。

在中國實(shí)施嫦娥六號(hào)任務(wù)之前，人類所有月球采樣任務(wù)獲得的樣品均來自月球正面，科學(xué)界對(duì)于月球背面的認(rèn)識(shí)主要基于遙感研究。

“嫦娥六號(hào)樣品的系列成果，首次系統(tǒng)揭示了南極-艾特肯大型撞擊效應(yīng)。”中國科學(xué)院院士李獻(xiàn)華告訴記者，月球背面最重要的地質(zhì)單元就是南極-艾特肯盆地，其形成時(shí)的撞擊能量大約相當(dāng)于原子彈爆炸的萬億倍。這種大型撞擊到底對(duì)月球演化會(huì)造成怎樣的影響，是未來月球科學(xué)研究的重要方向。

月球南極-艾特肯盆地是月球上最古老、最大的撞擊遺跡，由小天體撞擊月球背面產(chǎn)生。直到20世紀(jì)90年代中期，人類才真正確定了月球南極-艾特肯盆地的形態(tài)、大小和內(nèi)部起伏情況。但由于沒有樣品，人們對(duì)它的了解十分有限。

中國科學(xué)院副院長何宏平介紹，接收嫦娥六號(hào)月球樣品后，中國科學(xué)院發(fā)揮體系化建制化優(yōu)勢(shì)，全力組織科研攻關(guān)，搶占空間科學(xué)領(lǐng)域科技制高點(diǎn)，科研人員協(xié)同奮進(jìn)，產(chǎn)出了一系列高水平研究成果。

月球背面影像圖。（中國科學(xué)院供圖）

多個(gè)“首創(chuàng)性”關(guān)鍵進(jìn)展！為月球的形成演化提供新認(rèn)識(shí)

此次嫦娥六號(hào)樣品發(fā)布的四項(xiàng)研究，分別揭示了月背巖漿活動(dòng)、月球古磁場(chǎng)、月幔水含量、月幔演化特征，首次為人類揭開了月球背面的演化歷史。

“從工程角度看，我國首次從月球背面采回樣品，這本身就創(chuàng)造了歷史；從研究看，我們關(guān)于月球南極-艾特肯盆地的研究，也創(chuàng)造了多個(gè)首次。”中國科學(xué)院院士吳福元說。

通過對(duì)嫦娥六號(hào)樣品的分析，研究人員首次發(fā)現(xiàn)了月球上一種新類型的巖石——月球南極-艾特肯盆地撞擊熔巖，并據(jù)此確定了月球南極-艾特肯盆地形成時(shí)間為42.5億年前。

吳福元表示，這種巖石是在形成月球南極-艾特肯盆地的撞擊事件中出現(xiàn)的，可以為月球的形成演化提供新的認(rèn)識(shí)，具有非常重要的學(xué)術(shù)價(jià)值。

此外，科學(xué)家們通過嫦娥六號(hào)樣品首次揭示月背約42億年前和28億年前存在火山活動(dòng)，此類活動(dòng)至少持續(xù)了14億年；首次獲得月背古磁場(chǎng)信息，發(fā)現(xiàn)月球磁場(chǎng)強(qiáng)度可能在28億年前發(fā)生過反彈，指示月球發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)并非單調(diào)衰減而是存在波動(dòng)；首次獲得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”……

這是2024年9月24日在月球樣品實(shí)驗(yàn)室拍攝的月球樣品。新華社記者 金立旺 攝

“超虧損月幔”！有望破解月球“二分性”之謎

月球正面和背面在形貌、成分、月殼厚度、巖漿活動(dòng)等方面存在顯著差異，其“二分性”的形成機(jī)制是月球科學(xué)研究中亟待解決的關(guān)鍵問題。

通過對(duì)嫦娥六號(hào)樣品開展的一系列巖石成因研究，科研人員提出嫦娥六號(hào)玄武巖源自一個(gè)極其貧瘠的月幔區(qū)域，稱之為“超虧損月幔”。“超虧損月幔”缺乏那些容易在熔體中富集的“不相容”元素，如：鉀、磷、稀土元素等。

“‘超虧損月幔’的形成有可能是最初巖漿洋分異結(jié)晶后形成、未受后期事件擾動(dòng)的。但考慮到著陸區(qū)的特殊性，我們還提出了另一種可能。”中國科學(xué)院國家天文臺(tái)研究員李春來說，形成南極-艾特肯盆地的巨型撞擊事件引發(fā)的后期強(qiáng)烈火山活動(dòng)可以影響并改造相對(duì)較淺的月幔區(qū)域，相當(dāng)于做了一次“大抽血”。

根據(jù)這一解釋，大量巖漿（熔體）被抽取出來并噴發(fā)到表面或侵入到地殼中。被抽走巖漿后剩下的月幔物質(zhì)，“不相容”元素幾乎被榨干了，變得極度“貧瘠”，便形成了我們現(xiàn)在看到的“超虧損”狀態(tài)。

“這一過程不僅會(huì)導(dǎo)致嫦娥六號(hào)月幔源區(qū)‘不相容’元素的虧損，還會(huì)造成揮發(fā)性元素丟失以及同位素分餾等。”李春來說，進(jìn)一步厘清月球正面和背面物質(zhì)組成的差異，將為破解月球“二分性”之謎提供難得機(jī)遇。

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