月球背面演化历史首次揭开

陆成宽 何沛苁

7月9日，中国科学院召开新闻发布会，发布嫦娥六号月球样品系列研究成果。其中，4项成果当天以封面文章的形式发表于《自然》杂志，分别揭示了月背岩浆活动、月球古磁场、月幔水含量及月幔演化特征，首次为人类揭开了月球背面的演化历史。

会上，中国科学院院士、中国科学院地质与地球物理研究所研究员吴福元表示，这一系列研究成果被《自然》选为封面，既说明研究工作揭示了月球南极—艾特肯盆地的演化历史，也说明嫦娥六号样品的返回和研究创造了月球探测的历史。

取得多个“首创性”的关键进展

嫦娥五号样品实现我国首次地外天体采样，嫦娥六号样品实现人类首次月球背面采样，都是举世瞩目的成就。嫦娥五号着陆在月球正面的年轻火山活动区，填补了月球晚期演化研究的空白。过去阿波罗计划只采集了30亿年之前的样品，而对于月球30亿年以来的演化历史并不清楚，嫦娥五号样品发现20亿年前的火山活动，将月球火山活动历史延长了10亿年。

而嫦娥六号着陆在月球背面的南极—艾特肯盆地，填补了月球背面演化研究的空白。月球背面最引人注目的地貌当属南极—艾特肯盆地。该盆地是月球三大构造单元之一，在上世纪70年代美国阿波罗计划期间被命名，到90年代中期，人类才真正确定了该盆地的形态、大小和内部起伏情况。

然而，由于没有样品，人们对南极—艾特肯盆地的了解十分有限，只能根据地形等有限资料对其进行研究，从南极—艾特肯盆地返回样品一直是国际上月球探测与研究的首要科学目标，但由于它位于月球背面，难度极大。

“因此，从工程角度看，我国首次从月球背面返回样品，本身就创造了历史。从研究看，我们关于月球南极—艾特肯盆地的研究，取得了多个‘首创性’的关键进展。”吴福元说。

比如，首次揭示月背在约42亿年前和28亿年前存在两期不同的玄武质火山活动，表明月球背面可以维持持久的火山活力；首次获得月背古磁场信息，发现月球磁场强度可能在28亿年前发生过反弹，指示月球发电机磁场并非单调衰减而是存在波动；首次获得月球背面月幔的水含量，发现其显著低于正面月幔，指示月球内部水分布也存在二分性；首次发现月球背面玄武岩来自异常“贫瘠”的月幔区域，这表明原始月幔本身就很贫瘠，或大撞击事件把月幔中的熔融物质“抽走”了，揭示大型撞击事件可能对月球深部圈层演化产生巨大影响。

提出关于超亏损月幔的两种解释

与地球不一样，月球具有“二分性”，其正面和背面在形貌、成分、月壳厚度、岩浆活动等方面存在显著差异，但月球“二分性”的形成机制仍然悬而未决，是月球科学研究中亟待解决的关键问题。

“目前提到的月球二分性，都只是基于月球的表面现象的观察结果，比如正背面的地形差异、月海玄武岩的分布不均一等。”中国科学院国家天文台研究员李春来说，我们利用嫦娥六号返回的月球背面28亿年前的玄武岩开展了一系列岩石成因的研究工作，提出玄武岩源自一个极其贫瘠的月幔区域，称之为超亏损月幔。

“亏损指的是，缺乏容易在岩浆熔体中富集的不相容元素，如钾、磷、稀土元素等。”李春来解释说，对于这一超亏损月幔源区的形成原因，他们提出了两种可能性的解释。

一种解释是嫦娥六号玄武岩来自月球早期深部、未受扰动的超亏损月幔，该月幔形成于最初的岩浆洋分异结晶过程。这种情况暗示，在月球早期岩浆洋结晶过程中，月球正面和背面的月幔源区是对称的，目前月球的“表面”二分性可能是后期月质作用改造的“结果表象”。

“当然这只是一种可能性，考虑到着陆区的特殊性，我们还提出了另一种可能性。”李春来说，月球背面的南极—艾特肯盆地巨型撞击事件引发的后期强烈火山活动可以影响并改造相对较浅的月幔区域，相当于做了一次“大抽血”——大量岩浆被抽取出来并喷发到表面或侵入到地壳中，被抽走岩浆后剩下的月幔变得极度“贫瘠”，形成了超亏损状态。这一过程不仅会导致嫦娥六号月幔源区的不相容元素的亏损，还会造成挥发性元素丢失以及同位素分馏等。

李春来表示，这些发现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。

(科技日报北京7月9日电)