月球正反面為何大不同?月球演化都有哪些關(guān)鍵謎題?國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》日前正式發(fā)表了中國(guó)嫦娥六號(hào)月球背面采樣任務(wù)的又一重大科學(xué)成果。該成果為全面了解月球早期的殼-幔演化歷史提供了關(guān)鍵信息。
該成果由中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)和中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所共同完成??蒲袌F(tuán)隊(duì)對(duì)嫦娥六號(hào)從月球背面南極-艾特肯盆地帶回的玄武巖樣品進(jìn)行了深入分析,揭示了月球背面月幔深部物質(zhì)的“超虧損”特征,并提出了其成因的兩種可能模型,有望揭開(kāi)月球正背面巨大差異之謎。
月球正反面為何大不同?背面樣本是解謎鑰匙
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冷卻結(jié)晶不均勻、月幔內(nèi)部物質(zhì)對(duì)流不對(duì)稱、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,月球背面樣品的缺乏,使得月球背面深部月幔特征一直是未解之謎。
2024年6月25日,嫦娥六號(hào)任務(wù)成功實(shí)現(xiàn)人類首次月球背面采樣返回,從南極-艾特肯盆地內(nèi)月海區(qū)域帶回了珍貴的月球背面樣品。這為研究月球背面的深部月幔物質(zhì)打開(kāi)了一扇前所未有的窗口。
嫦娥六號(hào)玄武巖樣品揭示月?!俺潛p”特征
“盡管我們對(duì)月球的認(rèn)識(shí)不斷更新,但仍有很多問(wèn)題有待解答?!敝袊?guó)科學(xué)院院士吳福元介紹,通過(guò)嫦娥六號(hào)帶回的月背樣品,我國(guó)科學(xué)家首先在樣品中發(fā)現(xiàn)了月球上一種新類型的巖石——月球南極-艾特肯撞擊熔巖,并據(jù)此確定了月球南極-艾特肯盆地的形成時(shí)間為42.5億年前;然后還發(fā)現(xiàn)這種大型撞擊事件可能造成月幔“超干、超虧損、超還原”等系列特征,使人類對(duì)月球的了解向前邁了一大步。
研究團(tuán)隊(duì)對(duì)嫦娥六號(hào)返回樣品中距今約28億年的玄武巖屑進(jìn)行了詳細(xì)分析,包括觀察巖石結(jié)構(gòu)、礦物成分和同位素分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn),形成這些玄武巖的“初始原料”,即被稱為月幔源區(qū)的月球內(nèi)部物質(zhì),其狀態(tài)極其“貧瘠”,科學(xué)上稱為“超虧損”。這意味著它非常缺乏那些容易熔融、隨巖漿上涌的“不相容”元素。
我國(guó)科研人員制作的月球背面影像圖。新華社發(fā)(中國(guó)科學(xué)院供圖)
兩種模型解釋“超虧損”成因,指向月球演化關(guān)鍵謎題
為了解釋這種極端的“超虧損”特性是如何形成的,研究團(tuán)隊(duì)提出了兩種可能的模型:
一是“先天貧瘠”。月球形成的主要假說(shuō)認(rèn)為,月球在形成初期是一個(gè)巨大的巖漿洋。巖漿洋在冷卻結(jié)晶時(shí),重的礦物沉到底部,形成下月幔;輕的礦物浮到頂部,形成月殼。在這個(gè)過(guò)程中,不容易進(jìn)入早期結(jié)晶礦物的“不相容”元素被帶走了,留在深部的殘余物質(zhì)本身就非?!柏汃ぁ?。
研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為,如果這一模型成立,意味著嫦娥六號(hào)玄武巖可能來(lái)自這種深部、未受后期事件顯著擾動(dòng)的、由巖漿洋直接結(jié)晶形成的超虧損月幔,這種超虧損狀態(tài)是月球形成初期就“天生”具有的特征。
二是“后天改造”。這一模型認(rèn)為,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”——大量巖漿(熔體)被抽取出來(lái)并噴發(fā)到表面或侵入到月殼中。被抽走巖漿后剩下的月幔物質(zhì),其“不相容”元素幾乎被榨干了,變得極度“貧瘠”,形成了現(xiàn)在的超虧損狀態(tài)。
研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為,如果該模型成立,表明月球背面南極-艾特肯盆地形成時(shí)的巨型撞擊事件不僅重新塑造了月球的表面形態(tài),還深刻影響了月球內(nèi)部的物質(zhì)組成,這為理解太陽(yáng)系內(nèi)其他類地天體的早期殼-幔分異演化提供了新的思路。
“無(wú)論嫦娥六號(hào)玄武巖源區(qū)是月球最初形成的‘先天狀態(tài)’還是后期巨型撞擊作用的‘改造結(jié)果’,南極-艾特肯盆地下方發(fā)現(xiàn)的這種‘超虧損’月幔,都是人類首次直接獲取月球背面深部物質(zhì)特性的關(guān)鍵證據(jù),這為我們了解月球早期內(nèi)部如何分層、冷卻和演化提供了獨(dú)一無(wú)二的信息?!敝袊?guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員李春來(lái)說(shuō)。(記者胡喆、劉禎)
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