此次研究仿真了南極—艾特肯盆地的撞擊過(guò)程，結(jié)果表明撞擊會(huì)在月幔中產(chǎn)生一個(gè)熱幔柱，熱幔柱把深部放射性元素帶到了月殼和月表。值得一提的是，該仿真遍歷了產(chǎn)生南極—艾特肯盆地的各種直接撞擊和掠射撞擊，發(fā)現(xiàn)不管何種撞擊，產(chǎn)生幔柱的區(qū)域和方向結(jié)果都一樣：只在朝向地球的月球正面方向發(fā)生。

　　自阿波羅時(shí)代起，科學(xué)家就知道月球有兩面：一面正對(duì)著地球，另一面始終背對(duì)地球，面向地球的一面較為平坦，背向地球的一面則凹凸不平，遍布成千上萬(wàn)的撞擊坑。

　　月球兩面為何如此不同是月球眾多謎團(tuán)之一。

　　近日，科學(xué)家對(duì)月球的兩副“面孔”提出了一種全新的解釋：數(shù)十億年前，形成月球背面南極—艾特肯盆地（SPA）的巨大撞擊，產(chǎn)生了足以傳遍整個(gè)月球的巨大熱量，促成了月幔物質(zhì)的熔化，其中的稀土（REE）和放射性生熱元素釷（Th）、鉀（K）、磷（P）等被攜帶到與撞擊區(qū)域?qū)ΨQ的月面，形成了克里普（KREEP）巖，分布在月球正面風(fēng)暴洋及其周圍。放射性生熱元素的集中產(chǎn)生了月球表面的熔巖流，最終形成月球正面的火山平原。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。

　　中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員平勁松向科技日?qǐng)?bào)記者表示，新研究對(duì)揭示月球兩面的成因給出了較有說(shuō)服力的分析。

　　月面KREEP巖與月背的一個(gè)盆地有關(guān)

　　KREEP巖是科學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)之一，被認(rèn)為是月球火山活動(dòng)持續(xù)億萬(wàn)年之久的原因。KREEP巖因富含鉀（K）、稀土（REE）、磷（P）等不相容元素而得名，還包括鈾（U）、釷（Th）等放射性生熱元素，為月球持續(xù)的火山活動(dòng)提供熱源。

　　中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）行星科學(xué)研究所教授肖龍對(duì)記者表示，已有研究表明KREEP巖與鈦鐵礦都是巖漿洋固結(jié)過(guò)程中的末期產(chǎn)物，部分KREEP巖可能與鈦鐵礦混合在一起，分布在殼幔邊界，在月殼固結(jié)之后形成。

　　平勁松介紹，KREEP巖最早發(fā)現(xiàn)于阿波羅-12樣品，后來(lái)幾乎在所有返月樣品中都發(fā)現(xiàn)了其碎片，它們存在于月球正面巖漿巖區(qū)域。同時(shí)，1994年美國(guó)克萊門汀探測(cè)器發(fā)現(xiàn)月球正面存在一個(gè)被稱為風(fēng)暴洋克里普地體的成分異常區(qū)域。

　　主流假說(shuō)認(rèn)為，月球最年輕的玄武巖（火山活動(dòng)的產(chǎn)物）主要填充于月球正面的風(fēng)暴洋克里普地體。但KREEP巖放射性生熱導(dǎo)致月球最年輕火山活動(dòng)的假說(shuō)，尚未得到驗(yàn)證。

　　KREEP巖為何集中在月球正面的風(fēng)暴洋？新研究提供了一個(gè)解釋，它與月球背面的SPA有關(guān)。

　　SPA是月球上最大、最深和最古老的撞擊盆地，直徑約2500公里，深度6—8公里，被認(rèn)為是最有可能暴露出月球深部物質(zhì)的區(qū)域。

　　平勁松表示，新研究仿真了SPA的撞擊過(guò)程，結(jié)果表明撞擊會(huì)在月幔中產(chǎn)生一個(gè)熱幔柱，熱幔柱把深部放射性元素帶到了月殼和月表。值得一提的是，該仿真遍歷了產(chǎn)生SPA的各種直接撞擊和掠射撞擊，發(fā)現(xiàn)不管何種撞擊，產(chǎn)生幔柱的區(qū)域和方向結(jié)果都一樣：只在朝向地球的月球正面方向發(fā)生。

　　談及這個(gè)過(guò)程的內(nèi)部熱量動(dòng)力機(jī)制，肖龍表示，月球南部SPA遭受撞擊后，大量的熱量迅速向北傳遞，SPA下部核幔邊界的溫度超過(guò)1800℃。在溫差的驅(qū)動(dòng)下，月幔物質(zhì)從高溫區(qū)域流向低溫區(qū)域。低黏度的鈦鐵礦層在此作用下被推向風(fēng)暴洋及周圍區(qū)域。鈦鐵礦層具有更高的密度，在重力作用下，大部分鈦鐵礦層緩慢下沉至核幔邊界。由于基數(shù)大，風(fēng)暴洋及周圍區(qū)域仍會(huì)保留可觀的鈦鐵礦及KREEP物質(zhì)。

　　平勁松補(bǔ)充道，形成SPA的巨大撞擊，產(chǎn)生了足以傳遍整個(gè)月球（從月核幔傳向月殼）的熱能和動(dòng)能，促成了月幔物質(zhì)的熔化。通過(guò)月幔翻轉(zhuǎn)過(guò)程，促使月球正面形成富含鈦鐵礦和KREEP巖的月幔源區(qū)，并把月球內(nèi)部的物質(zhì)如稀土和放射性生熱元素借助火成過(guò)程集中攜帶到撞擊區(qū)域月面對(duì)稱的近地側(cè)，產(chǎn)生我們所看到的月球表面的熔巖流，從而使得月球正反面物質(zhì)呈現(xiàn)不對(duì)稱性分布。

　　KREEP巖富集于風(fēng)暴洋有三種解釋模型

　　KREEP巖為何集中于風(fēng)暴洋及其周圍？肖龍介紹，目前有3種可能的模型，分別是SPA撞擊模型、風(fēng)暴洋撞擊模型以及內(nèi)生模型。不過(guò)，目前還沒(méi)有哪個(gè)模型得到廣泛認(rèn)可。

　　SPA撞擊模型作為月球風(fēng)暴洋克里普地體形成的模型之一，為認(rèn)識(shí)風(fēng)暴洋克里普地體的形成提供了一個(gè)思路。肖龍同時(shí)指出，SPA撞擊模型的成立，除了需要解釋KREEP巖的分布之外，還需要解釋風(fēng)暴洋克里普地體的其他特征，比如較薄的月殼（小于30千米）和巨型的線性構(gòu)造等。

　　據(jù)了解，目前并沒(méi)有相關(guān)研究支持SPA撞擊事件可以減薄風(fēng)暴洋克里普地體的月殼厚度或者產(chǎn)生巨型線性構(gòu)造的假說(shuō)。

　　由于SPA撞擊事件與風(fēng)暴洋克里普地體的相關(guān)性，肖龍指出，對(duì)SPA的采樣返回也許能驗(yàn)證該模型。此外，如果能確定SPA的撞擊時(shí)間，結(jié)合當(dāng)時(shí)的月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和地溫梯度，可以極大地改進(jìn)SPA撞擊模型，獲得更為可靠的結(jié)果。

　　值得一提的是，風(fēng)暴洋撞擊模型既可以解釋月殼的減薄，也能解釋KREEP巖的重新分布，因此得到了大量研究人員的支持。不過(guò)，肖龍表示，如果存在風(fēng)暴洋撞擊事件，由于其產(chǎn)物被后期撞擊作用所覆蓋，所以很難被證實(shí)。

　　在解釋巨型線性構(gòu)造方面，國(guó)外研究人員通過(guò)“圣杯號(hào)”月球探測(cè)器的重力數(shù)據(jù)，觀察到了包圍風(fēng)暴洋克里普地體的巨型線性伸展構(gòu)造，進(jìn)而提出風(fēng)暴洋克里普地體形成的內(nèi)生模型。該模型認(rèn)為并不需要額外的撞擊事件就能產(chǎn)生風(fēng)暴洋克里普地體。肖龍表示，要驗(yàn)證該模型，可能還需要對(duì)風(fēng)暴洋克里普地體進(jìn)行更高分辨率的重力模擬。

　　月球兩面在很多方面都存在二分性

　　千百年來(lái)月球只有一面朝向地球，另一面始終背對(duì)地球。這是人類探月的重要發(fā)現(xiàn)之一。更為神奇的是，月球面對(duì)和背對(duì)地球的兩面，有很大不同，這就是所謂的月球二分性。

　　已有研究發(fā)現(xiàn)，“月球除了形貌、地質(zhì)和化學(xué)元素存在二分性外，在重力、磁、熱等特性上也都存在二分性，產(chǎn)生機(jī)理多不相同。”平勁松說(shuō)。

　　月球并不是一個(gè)密度平均的天體，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，月球體內(nèi)存在不少“質(zhì)量瘤”，其分布規(guī)律呈現(xiàn)二分性。平勁松解釋，月球正面月海地區(qū)下方存在高密度物質(zhì)，形成許多重力高于周邊的巨大“質(zhì)量瘤”，而“質(zhì)量瘤”在月球的背面要少一些，而且也小得多。平勁松指出，月球正面“質(zhì)量瘤”偏多偏重，導(dǎo)致月球的質(zhì)量中心與形狀中心不重合，前者比后者更靠近地球方向約2公里，引起的力矩潮汐作用鎖定月球自轉(zhuǎn)與繞地球公轉(zhuǎn)手性一致、周期相同，使得月球一面長(zhǎng)期面對(duì)地球、另一面長(zhǎng)期背對(duì)地球。

　　據(jù)報(bào)道，目前月球磁場(chǎng)的強(qiáng)度不足地球磁場(chǎng)的千分之一。平勁松指出，月球形成與演化歷史上是否存在強(qiáng)磁場(chǎng)還頗具爭(zhēng)議，但是月球表面的磁場(chǎng)也存在正面弱且少，背面稍強(qiáng)且分布范圍廣的二分特性。

　　近年來(lái)，小天體、微流星撞擊威脅地球的話題并不鮮見(jiàn)，其實(shí)它們撞擊月球正面和背面的概率也不相同。“相比之下，月球背面遭到威脅的概率更高一些。”平勁松說(shuō)，部分原因是，地球?qū)τ趤?lái)自空間的小天體、微流星的引力更大，幫助月球正面規(guī)避了一部分撞擊。

　　我國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在接收太陽(yáng)光照上，月球正面也比背面高幾個(gè)百分點(diǎn)，使得正面的風(fēng)化程度比背面略強(qiáng)，淺表層也略熱一些。

　　“我國(guó)探月工程采用返回探測(cè)和未來(lái)月面科考站計(jì)劃等方式，必將更加清晰地揭開(kāi)月球二分性謎團(tuán)。”平勁松說(shuō)。

　　唐 芳