月球内部“异常贫瘠”？嫦娥六号月岩有望揭示谜底

月球正反面为何大不同？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。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，月球背面样品的缺乏，使得月球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人类首次月球背面采样返回，从南极-艾特肯盆地内月海区域带回了珍贵的月球背面样品。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。

嫦娥六号玄武岩样品揭示月幔“超亏损”特征

“尽管我们对月球的认识不断更新，但仍有很多问题有待解答。”中国科学院院士吴福元介绍，通过嫦娥六号带回的月背样品，我国科学家首先在样品中发现了月球上一种新类型的岩石——月球南极-艾特肯撞击熔岩，并据此确定了月球南极-艾特肯盆地的形成时间为42.5亿年前；然后还发现这种大型撞击事件可能造成月幔“超干、超亏损、超还原”等系列特征，使人类对月球的了解向前迈了一大步。

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、矿物成分和同位素分析。结果发现，形成这些玄武岩的“初始原料”，即被称为月幔源区的月球内部物质，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“不相容”元素。

我国科研人员制作的月球背面影像图。新华社发（中国科学院供图）

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”。月球形成的主要假说认为，月球在形成初期是一个巨大的岩浆洋。岩浆洋在冷却结晶时，重的矿物沉到底部，形成下月幔；轻的矿物浮到顶部，形成月壳。在这个过程中，不容易进入早期结晶矿物的“不相容”元素被带走了，留在深部的残余物质本身就非常“贫瘠”。

研究团队认为，如果这一模型成立，意味着嫦娥六号玄武岩可能来自这种深部、未受后期事件显著扰动的、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”具有的特征。

二是“后天改造”。这一模型认为，形成南极-艾特肯盆地的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（熔体）被抽取出来并喷发到表面或侵入到月壳中。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”，形成了现在的超亏损状态。

研究团队认为，如果该模型成立，表明月球背面南极-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，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。

“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，这为我们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。”中国科学院国家天文台研究员李春来说。

（新华社）