科技日報記者 陸成寬 何沛蓯

7月9日，中國科學院召開新聞發(fā)布會，發(fā)布嫦娥六號月球樣品系列研究成果。其中，4項成果當天以封面文章的形式發(fā)表于《自然》雜志，分別揭示了月背巖漿活動、月球古磁場、月幔水含量及月幔演化特征，首次為人類揭開了月球背面的演化歷史。

會上，中國科學院院士、中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所研究員吳福元表示，這一系列研究成果被《自然》選為封面，既說明研究工作揭示了月球南極—艾特肯盆地的演化歷史，也說明嫦娥六號樣品的返回和研究創(chuàng)造了月球探測的歷史。

取得多個“首創(chuàng)性”的關(guān)鍵進展

嫦娥五號樣品實現(xiàn)我國首次地外天體采樣，嫦娥六號樣品實現(xiàn)人類首次月球背面采樣，都是舉世矚目的成就。嫦娥五號著陸在月球正面的年輕火山活動區(qū)，填補了月球晚期演化研究的空白。過去阿波羅計劃只采集了30億年之前的樣品，而對于月球30億年以來的演化歷史并不清楚，嫦娥五號樣品發(fā)現(xiàn)20億年前的火山活動，將月球火山活動歷史延長了10億年。

而嫦娥六號著陸在月球背面的南極—艾特肯盆地，填補了月球背面演化研究的空白。月球背面最引人注目的地貌當屬南極—艾特肯盆地。該盆地是月球三大構(gòu)造單元之一，在上世紀70年代美國阿波羅計劃期間被命名，到90年代中期，人類才真正確定了該盆地的形態(tài)、大小和內(nèi)部起伏情況。

然而，由于沒有樣品，人們對南極—艾特肯盆地的了解十分有限，只能根據(jù)地形等有限資料對其進行研究，從南極—艾特肯盆地返回樣品一直是國際上月球探測與研究的首要科學目標，但由于它位于月球背面，難度極大。

“因此，從工程角度看，我國首次從月球背面返回樣品，本身就創(chuàng)造了歷史。從研究看，我們關(guān)于月球南極—艾特肯盆地的研究，取得了多個‘首創(chuàng)性’的關(guān)鍵進展。”吳福元說。

比如，首次揭示月背在約42億年前和28億年前存在兩期不同的玄武質(zhì)火山活動，表明月球背面可以維持持久的火山活力；首次獲得月背古磁場信息，發(fā)現(xiàn)月球磁場強度可能在28億年前發(fā)生過反彈，指示月球發(fā)電機磁場并非單調(diào)衰減而是存在波動；首次獲得月球背面月幔的水含量，發(fā)現(xiàn)其顯著低于正面月幔，指示月球內(nèi)部水分布也存在二分性；首次發(fā)現(xiàn)月球背面玄武巖來自異常“貧瘠”的月幔區(qū)域，這表明原始月幔本身就很貧瘠，或大撞擊事件把月幔中的熔融物質(zhì)“抽走”了，揭示大型撞擊事件可能對月球深部圈層演化產(chǎn)生巨大影響。

提出關(guān)于超虧損月幔的兩種解釋

與地球不一樣，月球具有“二分性”，其正面和背面在形貌、成分、月殼厚度、巖漿活動等方面存在顯著差異，但月球“二分性”的形成機制仍然懸而未決，是月球科學研究中亟待解決的關(guān)鍵問題。

“目前提到的月球二分性，都只是基于月球的表面現(xiàn)象的觀察結(jié)果，比如正背面的地形差異、月海玄武巖的分布不均一等?！敝袊茖W院國家天文臺研究員李春來說，我們利用嫦娥六號返回的月球背面28億年前的玄武巖開展了一系列巖石成因的研究工作，提出玄武巖源自一個極其貧瘠的月幔區(qū)域，稱之為超虧損月幔。

“虧損指的是，缺乏容易在巖漿熔體中富集的不相容元素，如鉀、磷、稀土元素等?！崩畲簛斫忉屨f，對于這一超虧損月幔源區(qū)的形成原因，他們提出了兩種可能性的解釋。

一種解釋是嫦娥六號玄武巖來自月球早期深部、未受擾動的超虧損月幔，該月幔形成于最初的巖漿洋分異結(jié)晶過程。這種情況暗示，在月球早期巖漿洋結(jié)晶過程中，月球正面和背面的月幔源區(qū)是對稱的，目前月球的“表面”二分性可能是后期月質(zhì)作用改造的“結(jié)果表象”。

“當然這只是一種可能性，考慮到著陸區(qū)的特殊性，我們還提出了另一種可能性?！崩畲簛碚f，月球背面的南極—艾特肯盆地巨型撞擊事件引發(fā)的后期強烈火山活動可以影響并改造相對較淺的月幔區(qū)域，相當于做了一次“大抽血”——大量巖漿被抽取出來并噴發(fā)到表面或侵入到地殼中，被抽走巖漿后剩下的月幔變得極度“貧瘠”，形成了超虧損狀態(tài)。這一過程不僅會導致嫦娥六號月幔源區(qū)的不相容元素的虧損，還會造成揮發(fā)性元素丟失以及同位素分餾等。

李春來表示，這些發(fā)現(xiàn)為人類了解月球早期內(nèi)部如何分層、冷卻和演化提供了獨一無二的信息，是揭開月球正背面巨大差異之謎的關(guān)鍵一步。