月球从何而来？ “嫦娥”正接近答案

冯·卡门陨石坑

在广寒宫，嫦娥坐着死去，玉兔在捣药。这是古代神话中的月亮。撞击坑、弹坑和坑洞是现代图像中的月亮。但是在月球深处有一个谜题，这个谜题已经很久没有答案了。

最近，国际期刊《自然》在线发布了中国月球探测领域的一项重要发现。中国科学院国家天文台月球与深空探测研究部主任李春来领导的研究小组利用嫦娥四号的原位光谱数据，证明了橄榄石和低钙辉石是月球背面南极艾特肯盆地(SPA)的主要深部物质，为解决长期困扰国内外学者的月球地幔物质组成问题提供了直接证据。

关于月球的形成有哪些假说和理论？现代科学提供了什么证据？这一最新发现对完善月球形成和演化模型有什么启示？

月球地幔的组成与月球的演化有关。

“有许多关于月球形成和演化的理论和模型。其中，关于月球的形成有四种假说和理论，包括分裂模型、俘获模型、共增殖模型和巨大碰撞模型。李春来在接受《科技日报》记者采访时说。

其中，分裂模型假设早期地球旋转非常快，导致其自身的旋转变得不稳定，从而导致赤道地区的物质被抛入轨道产生月球。根据捕获模型，月球是在太阳系的另一部分形成的，最终在近距离与地球相遇。它被重力捕获，并进入一个围绕地球的受限稳定轨道。

共吸积模型认为，在地球吸积期间，围绕地球的恒星物质盘可能通过各种机制形成。这个恒星物质圆盘存在于地球的整个吸积过程中，而月球由围绕太阳的较小抛射物组成。

然而，巨型碰撞模型现在被广泛接受。“根据这个理论，月球是在太阳系形成的早期形成的。当时，地球与一个火星大小的天体相撞，碰撞后抛出的地壳和上地幔物质在地球轨道上不断积累和扩散，从而形成了月球。”李春来说。

“关于月球早期演化的假说和理论主要是著名的岩浆海洋理论。伴随着大碰撞和累积吸积的能量释放产生了大规模的熔融，即岩浆海洋。随着熔体中晶体输出的密度分离，形成了低密度且富含斜长石的月球地壳，而橄榄石和辉石等较重的矿物下沉形成了月球地幔。”李春来告诉《每日科学》。

现代科学为这些假说和理论提供了大量证据。第一个证据是斜长石在月球地壳中非常丰富。通过对阿波罗从月球带回的样品中月球玄武岩的化学和岩石学研究，证实了月海表面富含斜长石。同时，铁(铁)、镁(镁)、铝硅(铝/硅)、镁硅(镁/硅)等数据的遥感数据表明，月球高地的月球地壳也是斜长岩。

月球深部地壳和地幔的物质组成仍有争议，确定其物质组成是这项研究的一个重要目标李春来说。

着陆区域的选择是关键。

为什么理解月球地幔的组成对理解月球的形成至关重要？“月球的地幔是月球体积和重量的主要部分。了解月球地幔的物质组成可以检验岩浆海洋理论的正确性，从而修正和完善月球形成和演化的理论模型。”李春来解释道。

过去，在美国阿波罗任务和苏联登月任务返回的月球样本中，没有发现与月球地幔确切成分相关的直接证据。为什么李春来和研究小组得到了关键证据？

“这次获得关键证据或突破的关键因素主要是嫦娥四号着陆区的选择。”李春来说。

美国的阿波罗计划和苏联的月球计划都是在月球的前面着陆的，而且着陆区不在巨大的撞击坑内，所以不可能找到代表月球深部的月球地幔物质成分。

嫦娥四号在月球背面的南极艾特肯盆地着陆。艾特肯盆地是整个月球上最大、最深、最古老的撞击盆地，被认为是最有可能穿透月球地壳并暴露月球深层物质的地区李春来说。

嫦娥四号探测器的着陆点位于艾特肯盆地的冯卡门撞击坑内。该区域被芬森陨石坑的溅射物质覆盖，该陨石坑是由撞击艾特肯盆地内表面的小天体形成的。这就像在艾特肯盆地表面钻一口“深井”，进一步挖掘艾特肯盆地表面下更深的物质成分。

嫦娥四号的最新发现对完善月球形成演化的岩浆海洋理论具有重要意义。如果嫦娥四号的探测结果表明月球地幔的物质组成与岩浆海洋理论预测的不一致，那么岩浆海洋理论就可以得到修正和完善，甚至可以提出新的理论李春来说。

基于对研究结果的分析，李春来研究小组认为，不能排除地幔物质成分富含橄榄石的预测。上个月地幔的物质组成可能主要由橄榄石和低钙辉石组成。

更多数据将验证结果

来自芬森陨石坑的物质是揭开月球地幔深处秘密的关键。“芬森撞击坑是艾特肯地区一个相对年轻的撞击坑。溅射材料的分布受随后的撞击事件影响较小。月球没有经历板块构造运动，也不会受到地球大气、水、风和沙子的侵蚀。”李春来说。

然而，随着时间的推移，从芬森撞击坑溅射出来的物质将受到空间风化的影响，例如严重的温度变化、高能粒子的轰击和微陨石撞击。这将导致溅射材料发生物理和化学变化。“物理变化主要是压碎和烧结，即岩石和矿物被压碎成更小的碎片。烧结将形成烧结碎片。化学变化主要是一些矿物的分解和纳米相铁的产生，这增加了月球土壤的成熟度。”李春来说。

本研究的关键数据是由玉兔2号携带的红外成像光谱仪(VNIS)获取的着陆区两个探测点的高质量光谱数据。这意味着VNIS获得了冯·卡门陨石坑局部区域的光谱数据，所以它能用来解释整个月球地幔的物质组成吗？

李春来告诉《科学日报》:“这项研究的结果暂时无法解释整个月球面纱的物质组成。根据冯·卡门撞击坑局部地区VNIS的光谱数据，我们初步认为，艾特肯盆地的大撞击事件应该已经穿透了月球地壳，并挖掘出了该地区上个月地幔的物质成分。”

“同时，我们也认为该地区地幔的物质组成不能排除富含橄榄石的可能性，该地区地幔的物质组成可能主要由橄榄石和低钙辉石组成。”李春来强调。

李春来表示，随着后续检测任务的实施，将获得越来越多有效的检测数据。研究团队将专注于后续光谱数据的分析和研究，以进一步分析和验证研究结果。