中國(guó)科學(xué)家揭秘月背月幔溫度之謎
來(lái)源： ?中國(guó)之聲
2025-10-06 17:28:00
10月6日是中秋節(jié)，來(lái)自國(guó)家航天局和國(guó)家原子能機(jī)構(gòu)的一份“中秋禮單”，讓我們與月球的“內(nèi)心”貼得更近。首次基于嫦娥六號(hào)從月球背面帶回的珍貴“土特產(chǎn)”，中核集團(tuán)核工業(yè)北京地質(zhì)研究院、北京大學(xué)、山東大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)：月球背面的“心臟”——月幔，比正面月幔更“冷”。這一發(fā)現(xiàn)為我們理解月球“陰陽(yáng)臉”的奇特現(xiàn)象，提供了來(lái)自其內(nèi)部深處的關(guān)鍵證據(jù)。月球背面月幔有點(diǎn)“冷”，這究竟是怎么一回事？廣寒宮的“溫度密碼”究竟什么樣？
月球背面月幔相比月球正面更“冷”示例圖
《自然·地球科學(xué)》（Nature Geoscience）官網(wǎng)文章截圖
月球就像一本記錄太陽(yáng)系歷史的書籍，而月幔是這本書中的“核心章節(jié)”。月幔深藏于月殼之下，是月球體積最大的組成部分，月球古老的火山活動(dòng)正是由月幔物質(zhì)上涌而形成的。因此，月幔等月球內(nèi)部特征對(duì)于月球演化研究至關(guān)重要。
在研究中，科學(xué)家利用可“偵探”的多種手段，對(duì)我國(guó)嫦娥六號(hào)從月球背面帶回的玄武巖樣品進(jìn)行了精細(xì)分析。這些樣品的化學(xué)成分如同一個(gè)“黑匣子”，記錄了其形成時(shí)的深部溫度壓力等信息。中核集團(tuán)核地研院分析測(cè)試研究所何升為我們揭開(kāi)探秘的過(guò)程。
何升：研究團(tuán)隊(duì)選用了4種獨(dú)立的方法來(lái)做相互的驗(yàn)證，來(lái)確保我們科研成果的可信度。一是利用巖石學(xué)模型模擬嫦娥六號(hào)玄武巖的結(jié)晶過(guò)程，然后運(yùn)用了三種獨(dú)立的溫度計(jì)，包括“單斜輝石單礦物溫壓計(jì)”，“單斜輝石-熔體平衡溫壓計(jì)”，“斜長(zhǎng)石-熔體平衡溫度計(jì)”，這三種獨(dú)立的溫度計(jì)來(lái)計(jì)算玄武巖形成溫度，就是玄武巖的形成溫度大概在1100攝氏度，這比來(lái)自月球正面的嫦娥五號(hào)等月球樣品它的結(jié)晶溫度要低約100攝氏度，給我們?cè)虑虮趁嬖箩８涮峁┝酥巍?/p>
嫦娥六號(hào)月球樣品玄武巖中單斜輝石、斜長(zhǎng)石-d
單斜輝石單礦物、單斜輝石-熔體溫壓計(jì)溫度壓力計(jì)算及巖石學(xué)模型模擬
研究團(tuán)隊(duì)還通過(guò)玄武巖全巖成分，重建原始巖漿化學(xué)組成，計(jì)算月幔潛能溫度，發(fā)現(xiàn)月球背面月幔潛能溫度約1400℃，這低于月球正面的月幔潛能溫度——月球正面的月幔潛能溫度約1500℃。
何升：研究團(tuán)隊(duì)用這個(gè)遙感數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行更大區(qū)域上的驗(yàn)證。我們選擇了月球正面和背面的玄武巖區(qū)域，利用遙感數(shù)據(jù)來(lái)獲取它的巖石的成分，來(lái)計(jì)算這個(gè)月幔的潛能溫度。得出的結(jié)果是月球背面月幔潛能溫度約1400攝氏度，低于月球正面的1470度。
月球正面和背面玄武巖單元月幔潛能溫度
那么，月球背面的月幔結(jié)晶溫度與月幔潛能溫度有何不同？
何升：我們所說(shuō)的結(jié)晶溫度，你可以設(shè)想這有一個(gè)巖漿房，在這個(gè)巖漿房里面結(jié)晶了這些礦物，通過(guò)我們所說(shuō)的溫度計(jì)測(cè)出來(lái)的是礦物結(jié)晶溫度，而我們所說(shuō)的潛能溫度是反映巖漿初始源區(qū)的熱狀態(tài)。
此次研究發(fā)現(xiàn)月球背面月幔相比月球正面月幔更“冷”，這進(jìn)一步深化了人類對(duì)月球“二分性”現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)。此前研究發(fā)現(xiàn)，月球正面和背面在地形地貌、元素分布和巖石特征等方面均存在巨大差異。如，正面相對(duì)平坦開(kāi)闊，背面布滿溝壑、峽谷和懸崖，地形起伏也更大；月球正面有著較多的月海，這是由早期火山活動(dòng)形成的較平坦的玄武巖區(qū)域，占據(jù)了月球正面30%以上，而月球背面只有約1%～2%的月海；月球正面相對(duì)富含放射性元素，而背面相對(duì)虧損等?？茖W(xué)家們將月球正面和背面的差異性稱為“二分性”現(xiàn)象，并將其列為探索月球奧秘的幾個(gè)最為關(guān)鍵的科學(xué)問(wèn)題之一，認(rèn)為這可能與月球的形成與演化歷史密切相關(guān)。
何升：我們可以發(fā)現(xiàn)月球在地形地貌、元素分布，尤其是放射性元素分布以及地殼厚度方面存在一些差異，嫦娥六號(hào)這次返回的樣品，讓我們能夠真實(shí)地利用樣品去研究月球正面和背面的區(qū)別，這一次我們不是限定在月球的表面，而是深入到月球的內(nèi)部，去看月幔的溫度的差異性。
嫦娥六號(hào)月壤樣品
研究顯示，月球，作為地球最親密的伴侶，可能是從早期地球分離而出。它如同一臺(tái)保存完好的“宇宙歷史冰箱”，其相對(duì)靜止的地質(zhì)狀態(tài)，封存了星體演化早期的秘密。
中核集團(tuán)首席科學(xué)家李子穎：通過(guò)月球來(lái)看地球的過(guò)去，從深部和地表來(lái)說(shuō)，地球是頻繁的物質(zhì)交換了，就是我們這個(gè)板塊插到地下去以后，通過(guò)熔融它又噴出或侵入地表來(lái)了，它這個(gè)物質(zhì)是循環(huán)的，但月球因?yàn)樗鼪](méi)有足夠的水，沒(méi)有足夠的熱，所以它難以產(chǎn)生頻繁的垂向物質(zhì)交換，特別是晚期，月球的這種作用不明顯。月幔研究是對(duì)月球內(nèi)部的研究，科學(xué)意義重大。
科研人員觀察月壤樣品
然而，探索月背的秘密，道路從未平坦。中核集團(tuán)核地研院分析測(cè)試研究所李婷，回憶起研究那300毫克月壤的日日夜夜，坦言最初的20多天“壓力山大”，要在20多天內(nèi)先提交一批數(shù)據(jù)，難度極高。
李婷：拿到嫦娥六號(hào)樣品之后，沒(méi)想到比嫦五樣品更細(xì)更碎，這個(gè)難度嘩一下就上去了。研究嫦娥六號(hào)樣品，第一件事就是要把這些粉末制成靶，它非常的細(xì)和非常的碎，就以至于制靶的時(shí)候，所有的顆粒全部都是團(tuán)聚在一起的，分散不開(kāi)，這樣的話你沒(méi)有辦法進(jìn)行后期的數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)采集。我們就先開(kāi)始按老的步驟，開(kāi)始分顆粒，一顆一顆挑，先把大顆粒挑出來(lái)之后去制靶，我們認(rèn)為我們當(dāng)時(shí)的制靶技術(shù)已經(jīng)是比較成熟的了，因?yàn)榍懊嬉呀?jīng)摸索一兩年了，結(jié)果磨出來(lái)之后那個(gè)樣品全是裂的。
是配方不對(duì)，還是手法有誤？面對(duì)困境，團(tuán)隊(duì)沒(méi)有退縮。他們果斷推倒重來(lái)，在實(shí)驗(yàn)室里開(kāi)啟了晝夜不分的“攻關(guān)模式”。
李婷：那個(gè)時(shí)候就是大家連軸轉(zhuǎn)，就是白天晚上都在實(shí)驗(yàn)室，然后把這個(gè)靶制了出來(lái)，保證第一批的數(shù)據(jù)出來(lái)，因?yàn)樗鼧悠返奶厥庑?，然后以及現(xiàn)在技術(shù)手段還沒(méi)有那么合適，就是對(duì)于極微量極微小的東西，我們還是需要科技的進(jìn)步，以及我們自己的努力去攻破這一項(xiàng)一項(xiàng)難題，月球還是一個(gè)非常大的研究的目標(biāo)，是我們以后要奮斗的星辰大海。
嫦娥六號(hào)月壤樣品研究團(tuán)隊(duì)部分成員在實(shí)驗(yàn)室