嫦娥六号采回的月球背面岩石，揭示月球内部“异常贫瘠”之谜

7月9日，国际学术期刊《自然》杂志正式发表了中国嫦娥六号（CE6）月球背面采样任务的又一重大科学成果。科研团队对嫦娥六号从月球背面南极-艾特肯盆地（SPA）带回的玄武岩样品进行了深入分析，揭示了月球背面月幔深部物质的“超亏损”特征，并提出了其成因的两种可能模型，为全面了解月球早期的壳-幔演化历史提供了关键信息。

这项研究由中国科学院国家天文台联合中国科学院地质与地球物理研究所、中国地质大学（北京）、北京高压科学研究中心、东华理工大学等多家科研院校共同完成。

月球背面影像图。国家天文台研究员李春来供图

月球正反面为何大不同？月球背面样本是解谜钥匙

月球的正面和背面差异巨大，正面相对平坦，有广阔的玄武岩平原；背面则高地遍布，月海稀少，月壳也更厚。科学家提出了很多理论来解释这种“二分性”，比如月球形成早期岩浆洋（LMO）冷却结晶不均匀、月幔内部物质对流不对称，正背面巨型撞击作用的差异等。然而，过去所有的月球采样任务都只在月球正面进行，月球背面样本的缺乏使得背面深部月幔特征一直是未解之谜。

2024年6月25日，嫦娥六号任务成功实现了人类首次月球背面采样，从南极-艾特肯盆地内月海区域带回了珍贵的月球背面样本。这为研究月球背面的深部月幔物质打开了一扇前所未有的窗口。

嫦娥六号玄武岩揭示“超亏损”月幔

与地球类似，月球自内向外分别由月核、月幔与月壳构成。据中国科学院院士、中国科学院地质地球所研究员吴福元介绍，南极-艾特肯盆地是月球上最大、最深且最古老的撞击坑，直径约2500千米，该撞击坑形成的能量大约相当于原子弹爆炸的万亿倍。该盆地是月球上最低洼的地区，最深达13千米，也是月壳最薄的地区。在这里极有可能获取深部月壳或月幔岩石。

研究团队对嫦娥六号返回样品中距今约28亿年的玄武岩屑进行了详细分析，包括观察岩石结构、矿物成分和特殊的“化学指纹”（Sr-Nd同位素）分析。结果发现，形成这些玄武岩的“初始原料”——月球内部的深处物质（被称为月幔源区），其状态极其“贫瘠”，科学上称为“超亏损”。这意味着它非常缺乏那些容易熔融、随岩浆上涌的元素（即不相容元素）。

两种模型解释“超亏损”成因，指向月球演化关键谜题

为了解释这种极端的“超亏损”特性是如何形成的，研究团队提出了两种可能的模型：一是“先天贫瘠”：在月球形成初期，整个月球是一个巨大的岩浆海洋。这个岩浆海洋在冷却结晶时，重的矿物（如橄榄石、辉石）沉到底部，形成下月幔；轻的矿物（如长石）浮到顶部形成月壳。在这个过程中，不容易进入早期结晶矿物的元素（不相容元素）被带走了，留下深部的残余物质本身就非常“贫瘠”，即亏损不相容元素。这些深部的残余物质，只需要小比例的部分熔融（1%-1.5%）和较高的分离结晶作用（66%-75%）就可以形成嫦娥六号玄武岩浆。

如果这一模型成立，意味着嫦娥六号玄武岩来自深部、由岩浆洋直接结晶形成的超亏损月幔。这种超亏损状态是月球形成初期就“天生”的。月球正背面深部的月幔物质，在岩浆洋形成时可能是相似的、对称的。人们目前看到的月球正背面的显著差异，可能只是后期月质作用改造结果的“表面现象”。

第二种模型是“后天改造”：月球背面经历了巨大的南极-艾特肯盆地撞击事件，后期强烈的火山活动影响并改造了相对浅部的月幔区域，相当于做了一次“大抽血”——大量岩浆（熔体）被抽取出来并喷发到表面或侵入月壳中。被抽走岩浆后剩下的月幔物质，其不相容元素几乎被榨干了，变得极度“贫瘠”，形成了超亏损状态。这种被改造过的月幔，只需要经过更小比例的部分熔融（0.7%-1.0%）和更低程度的分离结晶作用（0-40%）就可以形成嫦娥六号玄武岩浆。

如果该模型成立，表明南极-艾特肯盆地形成时的巨型撞击事件，不仅重新塑造了月球的表面形态，还深刻影响了月球内部的物质组成，造成挥发性元素丢失以及同位素分馏。这为理解太阳系内其他类地天体的早期壳-幔分异演化提供了新的思路，巨型撞击作用不仅仅能重新塑造其表面形貌，也可能是行星内部物质演化的重要推手。

研究团队强调，无论嫦娥六号玄武岩源区是月球最初形成的“先天状态”，还是后期巨型撞击作用的“改造结果”，南极-艾特肯盆地下方发现的这种“超亏损”月幔，都是人类首次直接获取月球背面深部物质特性的关键证据，为人类了解月球早期内部如何分层、冷却和演化提供了独一无二的信息，是揭开月球正背面巨大差异之谜的关键一步。

新京报记者 张璐

编辑 张磊 校对 李立军