中國(guó)科學(xué)家對(duì)嫦娥六號(hào)從月球背面南極-艾特肯盆地采集的28億年前玄武巖樣品進(jìn)行了研究，揭示了月球背面月幔物質(zhì)的“超虧損”特征，并提出兩種可能的成因模型。這項(xiàng)成果為全面了解月球早期殼-幔演化歷史提供了關(guān)鍵信息。

研究成果論文由中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)聯(lián)合多家科研院校的研究團(tuán)隊(duì)共同完成，并于北京時(shí)間7月9日夜間以封面文章形式在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《自然》上線發(fā)表。

月球正面和背面存在巨大差異，正面相對(duì)平坦，有廣闊的玄武巖平原；背面則高地遍布，月海稀少。過去所有的月球采樣任務(wù)都只在月球正面進(jìn)行，月球背面樣本的缺失使得背面深部月幔特征一直是未解之謎。2024年6月，中國(guó)嫦娥六號(hào)任務(wù)成功實(shí)現(xiàn)人類首次月球背面采樣，從南極-艾特肯盆地內(nèi)月海區(qū)域帶回珍貴的月球背面樣本，這為研究月球背面的深部月幔物質(zhì)打開了前所未有的窗口。

研究團(tuán)隊(duì)對(duì)嫦娥六號(hào)采回樣品中28億年前的玄武巖屑進(jìn)行詳細(xì)研究，包括觀察巖石結(jié)構(gòu)、礦物成分和特殊的同位素分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，形成這些玄武巖的初始原料即月球內(nèi)部的深部物質(zhì)狀態(tài)極其貧瘠，專業(yè)上稱為“超虧損”，這意味著它非常缺乏那些容易熔融、隨巖漿上涌的元素。

為了解釋這種極端的“超虧損”特性是如何形成的，研究團(tuán)隊(duì)提出了“先天貧瘠”和“后天改造”兩種可能的模型?！跋忍熵汃ぁ蹦Ｐ驼J(rèn)為，在月球形成初期，整個(gè)月球是一個(gè)巨大的巖漿海洋。這個(gè)巖漿海洋在冷卻結(jié)晶時(shí)，重的礦物沉到底部，形成下月幔；輕的礦物浮到頂部形成月殼。在這個(gè)過程中，不容易進(jìn)入早期結(jié)晶礦物的元素被帶走，留下深部的殘余物質(zhì)本身就非常貧瘠。這些深部的殘余物質(zhì)只需要小比例的部分熔融和較高的分離結(jié)晶作用就可以形成嫦娥六號(hào)玄武巖漿。

“后天改造”模型認(rèn)為，月球背面經(jīng)歷了巨大的南極-艾特肯盆地撞擊事件，后期強(qiáng)烈的火山活動(dòng)影響并改造了相對(duì)淺部的月幔區(qū)域，大量巖漿被抽取出來并噴發(fā)到表面或侵入到月球地殼中。被抽走巖漿后剩下的月幔物質(zhì)變得極度貧瘠，形成“超虧損”狀態(tài)。這種被改造過的月幔只需要經(jīng)過更小比例的部分熔融和更低程度的分離結(jié)晶作用就可以形成嫦娥六號(hào)玄武巖漿。

如果“先天貧瘠”模型成立，意味著嫦娥六號(hào)玄武巖可能來自深部、未受后期事件顯著擾動(dòng)的、由巖漿洋直接結(jié)晶形成的“超虧損”月幔。這種“超虧損”狀態(tài)是月球形成初期就天生的。月球正背面深部的月幔物質(zhì)在最初的巖漿洋形成時(shí)可能是相似的、對(duì)稱的。人們目前看到的月球正背面的顯著差異可能是后期月質(zhì)作用改造結(jié)果的表面現(xiàn)象。

如果“后天改造”模型成立，表明南極-艾特肯盆地形成時(shí)的巨型撞擊事件不僅重新塑造了月球的表面形態(tài)，還深刻影響月球內(nèi)部的物質(zhì)組成，造成揮發(fā)性元素丟失以及同位素分餾。這為理解太陽(yáng)系內(nèi)其他類地天體的早期殼-幔分異演化提供了新的思路——巨型撞擊作用不僅僅是表面形貌的重塑者，也可能推動(dòng)行星內(nèi)部物質(zhì)演化的重要因素。

無論哪種模型成立，南極-艾特肯盆地下方發(fā)現(xiàn)的這種“超虧損”月幔都是人類首次直接獲取月球背面深部物質(zhì)特性的關(guān)鍵證據(jù)，為了解月球早期內(nèi)部如何分層、冷卻和演化提供了獨(dú)一無二的信息。