日前，國(guó)際期刊《自然》在線發(fā)布我國(guó)月球探測(cè)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)月球與深空探測(cè)研究部主任李春來(lái)領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)利用嫦娥四號(hào)就位光譜探測(cè)數(shù)據(jù)，證明了月球背面南極—艾特肯盆地（SPA）存在以橄欖石和低鈣輝石為主的深部物質(zhì)，為解答長(zhǎng)期困擾國(guó)內(nèi)外學(xué)者的有關(guān)月幔物質(zhì)組成的問(wèn)題提供了直接證據(jù)。

 

　　關(guān)于月球形成有哪些假說(shuō)和理論？現(xiàn)代科學(xué)又提供了哪些證據(jù)？這項(xiàng)最新發(fā)現(xiàn)對(duì)完善月球形成與演化模型的啟示究竟是什么？

 

　　月幔成分事關(guān)月球演化

 

　　“關(guān)于月球的形成和演化存在多種理論和模型，其中在月球形成方面的假說(shuō)和理論就包括分裂模型、捕獲模型、共增生模型和巨碰撞模型四種。”李春來(lái)接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)說(shuō)。

 

　　其中，分裂模型假定早期地球旋轉(zhuǎn)特別快，致使自身轉(zhuǎn)動(dòng)變得不穩(wěn)定，從而造成赤道地區(qū)的物質(zhì)被甩入軌道生成月球。捕獲模型認(rèn)為，月球形成于太陽(yáng)系的另一個(gè)地方，最終因近距離遇到地球，經(jīng)重力捕獲從而進(jìn)入一個(gè)受約束而穩(wěn)定的繞地運(yùn)行軌道。

 

　　而共增生模型認(rèn)為，在地球增生期間，通過(guò)多種機(jī)制可能會(huì)形成一個(gè)環(huán)繞地球的星體物質(zhì)盤(pán)，這個(gè)星體物質(zhì)盤(pán)在地球整個(gè)增生期間都存在，月球由較小的繞日拋射物構(gòu)成。

 

　　不過(guò)，如今被普遍認(rèn)可的是巨碰撞模型。“根據(jù)這項(xiàng)理論，月球形成于太陽(yáng)系形成的早期。當(dāng)時(shí)的地球與一個(gè)火星大小的天體發(fā)生碰撞，碰撞拋出的地殼和上地幔物質(zhì)在地球軌道上反復(fù)累積增生，從而形成月球。”李春來(lái)說(shuō)。

 

　　“關(guān)于月球早期演化的假說(shuō)和理論主要為著名的巖漿洋理論。由大碰撞和累積增生相伴的能量釋放產(chǎn)生了大規(guī)模的熔融，即巖漿洋，伴隨著熔融體晶出物的密度分離，形成了低密度、富斜長(zhǎng)石的月殼，而如橄欖石、輝石等較重的礦物則下沉形成月幔。”李春來(lái)告訴科技日?qǐng)?bào)記者。

 

　　現(xiàn)代科學(xué)為這些假說(shuō)和理論提供了大量證據(jù)。首先是在月殼中富含斜長(zhǎng)石的證據(jù)。通過(guò)阿波羅（APOLLO）號(hào)從月球帶回樣品中月海玄武巖的化學(xué)和巖石學(xué)研究，已經(jīng)證實(shí)月海表面富含斜長(zhǎng)石；同時(shí)遙感獲取的鐵（Fe）、鎂（Mg）、鋁硅（Al/Si）、鎂硅（Mg/Si）等數(shù)據(jù)說(shuō)明月球高地月殼也是斜長(zhǎng)巖質(zhì)的。

 

　　“深部月殼及月幔的物質(zhì)成分目前仍存在著較大爭(zhēng)議，確定其物質(zhì)成分是這次研究的一個(gè)重要目標(biāo)。”李春來(lái)說(shuō)。

 

　　著陸區(qū)域的選擇是關(guān)鍵

 

　　為何了解月幔物質(zhì)組成對(duì)于了解月球形成很關(guān)鍵？“月幔占月球體積和重量的主要部分，了解了月幔物質(zhì)組成可以檢驗(yàn)巖漿洋理論的正確性，從而修正和完善月球形成和演化的理論模型。”李春來(lái)解釋道。

 

　　過(guò)去，美國(guó)阿波羅任務(wù)和蘇聯(lián)月球任務(wù)返回的月球樣品中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)與月幔準(zhǔn)確物質(zhì)組成有關(guān)的直接證據(jù)。李春來(lái)和研究團(tuán)隊(duì)為何能拿到關(guān)鍵性證據(jù)？

 

　　“這次之所以能夠拿到關(guān)鍵性證據(jù)或取得突破的關(guān)鍵因素，主要在于嫦娥四號(hào)著陸區(qū)域的選擇。”李春來(lái)說(shuō)。

 

　　美國(guó)阿波羅任務(wù)和蘇聯(lián)月球任務(wù)均在月球正面著陸，且著陸區(qū)域沒(méi)有位于巨大的撞擊坑內(nèi)部，因此不太可能發(fā)現(xiàn)代表月球深部的月幔物質(zhì)成分。

 

　　而嫦娥四號(hào)著陸于月球背面南極—艾特肯盆地內(nèi)。“艾特肯盆地是整個(gè)月球上最大、最深和最古老的撞擊盆地，被認(rèn)為是最有可能撞穿月殼、暴露出月球深部物質(zhì)的區(qū)域。”李春來(lái)說(shuō)。

 

　　嫦娥四號(hào)探測(cè)器著陸點(diǎn)位于艾特肯盆地內(nèi)的馮·卡門(mén)撞擊坑內(nèi)部，該區(qū)域被芬森（Finsen）撞擊坑的濺射物所覆蓋，而芬森撞擊坑是由小天體撞擊艾特肯盆地內(nèi)部表面而形成，其猶如在艾特肯盆地表面打了一口“深鉆井”，進(jìn)一步將艾特肯盆地表面以下更深部的物質(zhì)成分挖掘出來(lái)。

 

　　嫦娥四號(hào)的最新發(fā)現(xiàn)對(duì)于完善月球形成與演化的巖漿洋理論具有重要意義。“如果嫦娥四號(hào)的探測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)月幔的物質(zhì)成分與巖漿洋理論預(yù)測(cè)的物質(zhì)成分不一致，則可以對(duì)巖漿洋理論進(jìn)行修正和完善，甚至提出新的理論。”李春來(lái)表示。

 

　　通過(guò)分析研究結(jié)果，李春來(lái)研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，月幔物質(zhì)成分富含橄欖石的預(yù)測(cè)仍不能被排除，上月幔的物質(zhì)成分很可能主要由橄欖石和低鈣輝石組成。

 

　　有待更多數(shù)據(jù)驗(yàn)證結(jié)果

 

　　來(lái)自芬森撞擊坑的物質(zhì)是揭開(kāi)月幔深處奧秘的關(guān)鍵。“芬森撞擊坑是艾特肯區(qū)域內(nèi)比較年輕的撞擊坑，濺射物分布較少受到后續(xù)撞擊事件的影響，且月球沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，也不會(huì)受到如地球大氣、水、風(fēng)沙等的侵蝕作用。”李春來(lái)說(shuō)。

 

　　不過(guò)，隨著時(shí)間的流逝，芬森撞擊坑的濺射物會(huì)受到空間風(fēng)化作用的影響，如劇烈的溫度變化、高能粒子的轟擊和微隕石撞擊。這會(huì)使得濺射物發(fā)生物理和化學(xué)變化。“物理變化主要為粉碎和熔結(jié)作用，即巖石和礦物破碎成更小的碎屑，熔結(jié)作用會(huì)形成熔結(jié)碎屑，化學(xué)變化主要是某些礦物的崩解和納米相鐵的產(chǎn)生，使得月壤的成熟度增加。”李春來(lái)說(shuō)。

 

　　本次研究的關(guān)鍵數(shù)據(jù)是玉兔2號(hào)所攜帶的紅外成像光譜儀（VNIS）獲取的著陸區(qū)兩個(gè)探測(cè)點(diǎn)高質(zhì)量光譜數(shù)據(jù)。這意味著，VNIS在馮·卡門(mén)坑內(nèi)獲得的是局部區(qū)域的光譜數(shù)據(jù)，那么，它能用來(lái)說(shuō)明整個(gè)月幔的物質(zhì)組成情況嗎？

 

　　李春來(lái)告訴科技日?qǐng)?bào)記者：“本次研究結(jié)果暫時(shí)不能說(shuō)明整個(gè)月幔的物質(zhì)組成情況。通過(guò)VNIS在馮·卡門(mén)撞擊坑內(nèi)局部區(qū)域的光譜數(shù)據(jù)，我們初步認(rèn)為艾特肯盆地的大型撞擊事件應(yīng)是撞穿了月殼，挖掘出了該區(qū)域的上月幔物質(zhì)成分。”

 

　　“同時(shí)，我們也認(rèn)為該區(qū)域月幔物質(zhì)成分不能排除富含橄欖石的可能，且該區(qū)域上月幔的物質(zhì)成分很可能主要由橄欖石和低鈣輝石組成。”李春來(lái)強(qiáng)調(diào)。

 

　　李春來(lái)表示，隨著后續(xù)探測(cè)任務(wù)的執(zhí)行，獲取的有效探測(cè)數(shù)據(jù)會(huì)越來(lái)越多。研究團(tuán)隊(duì)將關(guān)注后續(xù)光譜數(shù)據(jù)的分析研究工作，進(jìn)一步分析驗(yàn)證本次的研究結(jié)果。

 

“中國(guó)•成都五金機(jī)電指數(shù)”:http://www.peitelai.com