月球背面月幔比正面的更“冷”

本报记者 樊 巍

嫦娥六号月壤样品（图源：中核集团）

《环球时报》记者近日从中核集团获悉，中核集团核工业北京地质研究院、北京大学、山东大学科研团队，在对所获得的300毫克珍贵的嫦娥六号月背月壤样品进行研究后发现，月球背面月幔比月球正面的更“冷”，这一发现将进一步深化人类对月球“二分性”现象的认识，为月球正面与月球背面的月幔温度差异提供了岩石学与地球化学等科学依据，为月球演化和“二分性”特征研究提供了关键科学数据。相关研究成果已于近日刊发于国际顶级学术期刊《自然·地球科学》官网。

“二分性”是最为关键的月球科学问题之一

月球正面和背面的差异性被称为“二分性”现象，这一现象被科学界认为可能与月球的形成和演化历史密切相关，被列为探索月球奥秘的几个最为关键的科学问题之一，全球各国相关领域的科学家对此现象都非常感兴趣。

“此前的研究发现，月球正面和背面在地形地貌、元素分布和岩石特征等方面均存在巨大差异。”中核集团核工业北京地质研究院青年科研工作者何升在接受《环球时报》记者采访时介绍称，例如月球正面相对平坦开阔，背面则布满沟壑、峡谷和悬崖，地形起伏也更大；月球正面有着较多的月海，这是由早期火山活动形成的平坦的玄武岩区域，占据了月球正面30%以上，而月球背面只有约1%-2%的月海；月球正面相对富含放射性元素，而背面相对亏损等。

嫦娥六号月球样品玄武岩中单斜辉石、斜长石（图源：中核集团）

嫦娥六号“土特产”为研究提供契机

“嫦娥六号从月球背面成功取样返回，让我们有机会从实际样品出发研究月球背面和正面的差异性。”何升进一步介绍称，月球就像一本记录太阳系历史的书籍，而月幔是这本书中的“核心章节”。月幔位于月壳之下，是月球体积最大的组成部分，月球古老的火山活动是由月幔物质上涌形成的。因此，月幔等月球内部特征对于月球演化研究至关重要。

据《环球时报》记者了解，此前科学界对于月球的正面和背面月幔温度差异的研究，缺少实际样品支撑，而嫦娥六号任务所获得的月背月壤样品则为该项研究提供了契机。

“在研究中，研究团队利用可‘侦探’的多种手段，对我国嫦娥六号从月球背面带回的玄武岩样品进行了精细分析。”何升进一步介绍称，嫦娥六号所获得的月背月壤样本的化学成分如同一个“黑匣子”，记录了月球形成时的深部温度压力等信息。科研团队通过对月壤玄武岩样品中典型单斜辉石、斜长石等矿物的成分分析，运用“单斜辉石单矿物温压计”“单斜辉石-熔体平衡温压计”“斜长石-熔体平衡温压计”三种不同的温压计来计算单斜辉石、斜长石结晶温度与压力。

为确保研究结果的科学性，团队还通过岩石学模型模拟了嫦娥六号玄武岩结晶过程。以上四种独立方法得出了一致结果：嫦娥六号玄武岩样品的结晶温度约为1100摄氏度，比来自月球正面的嫦娥五号等样品低约100摄氏度。

核与航天跨行业跨专业联动新成果

“这项研究的难点主要集中在我们所获得的珍贵月背月壤样品非常少，且样品非常细碎。”中核集团核工业北京地质研究院青年科研工作者李婷在接受《环球时报》记者采访时介绍称，与此前所获得的嫦娥五号月壤样品不同的是，这次所获得的嫦娥六号月壤样品来自月球最大、最深的南极-艾特肯盆地内部，这个采集点经历许多次陨石撞击，所获得的月壤样品非常细小，因为静电作用，这些样品集聚在一起，增加了制靶的难度。

“当我们意识到这次所获得的嫦娥六号月壤样品与嫦娥五号月壤样品有很大不同之后，团队只能采用‘连轴转’的形式，加班加点去制备样品，最终在几天的时间里把嫦娥六号月壤样品加工成符合要求的可用于测试的靶件。”李婷称。

据《环球时报》记者了解，在研究过程中，科研团队还通过玄武岩全岩成分重建原始岩浆化学组成，计算月幔潜能温度，发现月球背面月幔潜能温度约为1400摄氏度，低于月球正面（约1500摄氏度）。

科研团队还利用月球遥感数据在更大区域尺度上进行验证分析，他们选取了月球正面和背面的月海玄武岩区域，通过卫星遥感获取的表面岩石化学成分计算，结果显示月球背面月幔潜能温度低于正面约70摄氏度，与样品分析结论相近，这进一步增强了研究成果的可信度。

“过去，科学家主要基于遥感、地球物理探测等手段研究月球正面和背面的差异性。”何升表示，嫦娥六号获得的月背月壤样品，是人类首次从月球背面采集的样品，从而让科研工作者有机会从实际样品的角度来研究月球“二分性”，这为月球正背面的月幔温度的差异性研究提供了更进一步的科学数据。

据专家介绍，此次发现也是中核集团科研团队继2022年在月壤研究中发现新矿物“嫦娥石”后，核与航天跨行业、跨专业联动取得的新成果。中核集团核工业北京地质研究院等在月壤分析研究领域取得一系列重要成果，也体现了中核集团在地球及行星科学研究方面的技术实力，核与航天的浪漫携手也必将不断取得新突破。