《自然》：重大突破！最终确认月球拥有与地球类似的固态铁质内核

法国国家科学研究中心领导的国际研究团队，通过整合多源数据和先进建模技术，最终确认月球拥有一个与地球结构类似的固态铁质内核。这项发表于《自然》杂志的研究，不仅为长达半个世纪的月核状态争论画上句号，更为理解月球演化史、太阳系早期动力学过程以及行星磁场起源提供了关键线索。这一发现的意义远超天文学本身，它将深刻影响人类未来的月球探测战略和资源开发规划。

由法国蔚蓝海岸大学和巴黎天文台的天文学家阿瑟·布里奥领导的研究团队，采用了一种创新的综合分析方法。他们整合了阿波罗任务月震数据、月球激光测距实验、太空任务观测资料以及月球物理特性测量结果，构建了迄今最完整的月球内部结构模型。研究结果显示，月球内核半径约为258公里，密度约为每立方米7822公斤，这与铁的密度极为接近。外核则是一个流体层，半径约为362公里，这一双层结构占月球总半径的约15%。

这一结论的确立，标志着行星科学领域一个重要谜题的破解。自阿波罗计划以来，科学家们一直在争论月球核心究竟是完全熔融状态还是包含固态内核。由于阿波罗任务收集的月震数据分辨率有限，两种模型在当时都能与观测数据相符，使得这一问题悬而未决数十年。

多维数据重构月球内部

地球的月球。 （托马斯·坎贝尔/美国宇航局）

要理解这项研究的突破性，需要了解探测天体内部结构的技术挑战。与地球不同，我们无法在月球上部署现代化的地震监测网络。阿波罗任务期间布置的四台月震仪，在1969年至1977年间记录了数千次月震事件，但这些数据的时空分辨率远不足以精确描绘月核状态。

布里奥团队的创新在于采用多维度数据融合策略。他们收集了月球因地球引力作用产生的潮汐变形数据，这种变形程度能反映月球内部的黏性和弹性特征。月球激光测距实验提供了月球轨道的精确测量，揭示了月球质量分布的微妙变化。此外，团队还分析了月球表面地形、重力场异常以及月球自转特性的长期演化记录。

将这些看似独立的观测数据整合到统一的物理模型中，研究人员能够排除那些与某些观测不符的内核构型，最终锁定最可能的结构方案。这种方法论上的进步，代表了行星内部结构研究的新范式。

研究团队还发现了月球内部动力学的重要证据。他们的模型强烈支持月幔深处存在"地幔翻转"现象——密度较大的物质向月球中心下沉，而密度较小的物质向上运移。这一过程长期以来被用来解释月球表面某些火山区域特定元素的富集现象，但一直缺乏直接证据。新研究为这一理论提供了有力支撑。

磁场消失之谜的线索

固态内核的确认，为解释月球磁场演化历史提供了关键拼图。地球物理学研究表明，月球在形成后不久曾拥有强大的全球磁场，其强度可能达到地球磁场的数倍。然而这一磁场在约32亿年前开始急剧衰减，最终在约10亿年前完全消失。

艺术家对测量月球特性的不同仪器的印象，以揭示其核心。（热奥祖尔/尼古拉斯·萨特）

行星磁场的产生依赖于核心中导电流体的对流运动，这一过程被称为"发电机效应"。月球内核的结构和组成，直接决定了这一发电机的运行机制和寿命。研究人员推测，随着月球逐渐冷却，外核中的铁逐渐结晶沉积到内核表面，这一过程释放的潜热和轻元素的分离，最初为外核对流提供了驱动力。但随着月球体积较小、冷却速度较快，这一过程最终难以维持，导致磁场消亡。

中国科学院地球化学研究所2024年的研究进一步揭示了月核演化的时间线。他们的模型显示，月球固态内核在约43.5亿年前开始以"自下而上"的方式结晶生长。由于硫和磷在固态铁中溶解度极低，这些轻元素在液态外核中富集，改变了外核的化学组成和物理性质，最终影响了磁场的演化轨迹。

值得注意的是，布里奥团队的发现与2011年美国宇航局马歇尔太空飞行中心蕾妮·韦伯领导的研究高度一致。韦伯团队当时使用先进地震学技术重新分析阿波罗数据，推测存在一个半径约240公里、密度约每立方米8000公斤的固态内核。新研究不仅验证了这些早期结果，更通过独立数据源提供了更强有力的证据。

安德鲁·麦卡锡和康纳·马瑟恩拍摄的月亮。

这一科学进展对即将到来的新一轮月球探测具有重要指导意义。美国的"阿尔忒弥斯"计划、中国的载人登月工程以及多个国际月球探测项目，都计划在月球表面部署新一代地震监测网络。这些高精度仪器获得的数据，将能够直接验证当前的理论模型，并揭示更多关于月球深部结构的细节。

布里奥在研究论文中写道："我们的研究结果不仅证实了内核的存在，更支持全球地幔翻转情景，这为太阳系前10亿年的月球轰炸时间线带来了实质性洞见。"这表明，月球内部结构研究的价值，已经超越了月球本身，成为理解整个太阳系早期演化的窗口。

随着人类重返月球的脚步日益临近，对月球深部结构的精确认识，将不仅满足科学好奇心，更将为月球基地选址、资源开发和长期驻留提供必要的地质安全保障。