双面月球：一次巨大撞击的两种结局

双面月亮:巨大撞击的两种结果

这项研究模拟了南极-艾特肯盆地的撞击过程，结果表明撞击会在月球地幔中产生一个热的地幔柱，将深层放射性元素带到月球外壳和表面。值得一提的是，模拟遍历了产生南极-艾特肯盆地的各种直接撞击和掠地撞击，发现无论何种撞击，地幔柱的面积和方向都是一样的:只发生在月球朝向地球的正面方向。

从阿波罗时代起，科学家们就知道月球有两面:一面面向地球，另一面总是背对地球。面向地球的一面相对平坦，背对地球的一面凹凸不平，有数千个撞击坑。

为什么月球的两面如此不同，这是月球众多谜团之一。

近日，科学家对月球的两张“脸”提出了一种全新的解释:数十亿年前，在月球背面形成南极-艾特肯盆地的巨大撞击产生了足以遍布月球的巨大热量，促成了月球地幔的融化，其中稀土(KREEP)和放射性产热元素钍(th)、钾(K)和磷(P)被带到了与撞击区域对称的月球表面。放射性发热元素的集中在月球表面产生了熔岩流，最终形成了月球正面的火山平原。相关研究成果发表在《科学进展》杂志上。

中国科学院国家天文台研究员平劲松告诉科技日报记者，新的研究对月球两面的成因进行了令人信服的分析。

月球KREEP岩石与月球背面的一个盆地有关。

克里普岩石是科学家关注的焦点之一，它被认为是月球火山活动持续数亿年的原因。克里普岩石因富含钾、稀土(REE)和磷(P)等不相容元素而得名，还含有铀(U)和钍(th)等放射性发热元素，为月球持续的火山活动提供热源。

中国地质大学行星科学研究所教授肖龙告诉记者，研究表明，克雷普岩石和钛铁矿是岩浆海洋固结的最终产物，部分克雷普岩石可能与钛铁矿混合，分布在壳幔边界，是月壳固结后形成的。

平劲松介绍，KREEP rock最早是在阿波罗12号样品中发现的，后来几乎所有返回月球的样品中都发现了它的碎片。它们存在于月球正面的岩浆岩区。与此同时，1994年，美国的克莱曼婷探测器发现月球正面有一个成分异常的区域，被称为风暴美国佬地体。

主流假说认为，月球上最年轻的玄武岩主要填充在月球正面多风暴的扬克里普地体中。但是KREEP岩石的放射性生热导致月球上最年轻的火山活动的假说并没有得到验证。

为什么克里普岩石集中在月球正面的风暴海洋中？新的研究提供了一种解释，这与月球背面的SPA有关。

SPA是月球上最大、最深、最古老的撞击盆地，直径约2500公里，深度6-8公里。被认为是最有可能暴露月球深部物质的区域。

平劲松说，新的研究模拟了SPA撞击过程，结果显示撞击会在月球地幔中产生一个热地幔柱，将深层放射性元素带到月球外壳和表面。值得一提的是，模拟遍历了产生SPA的各种直接撞击和掠射撞击，发现无论哪种撞击，产生地幔柱的区域和方向的结果都是一样的:只发生在月球朝向地球的正面方向。

谈及这一过程的内部热动力机制，肖龙说，月球南部的SPA受到撞击后，大量热量迅速向北部转移，SPA下部核幔边界温度超过1800℃。在温差的驱动下，月球地幔物质从高温区流向低温区。粘度低的钛铁矿层在此作用下被推向风暴洋及周边地区。钛铁矿层密度较大，在重力作用下，大部分钛铁矿层缓慢下沉到核幔边界。由于基数大，风暴洋及周边地区仍会有相当数量的钛铁矿和KREEP。

平劲松补充说，巨大的撞击形成的SPA产生了足够的热量和动能，遍布整个月球，这有助于月球地幔物质的熔化。通过月球地幔翻转的过程，在月球正面形成富含钛铁矿和KREEP岩石的月球地幔源区，月球内部的物质，如稀土和放射性发热元素，被火成岩过程集中并搬运到撞击区月球表面对称的近地一侧，产生我们所能看到的月球表面熔岩流，从而使月球正面和背面的物质呈现不对称分布。

风暴洋KREEP岩石富集有三种解释模式。

克里普岩石为什么会集中在风暴洋及其周边？肖龙介绍，目前有三种可能的模型，即SPA影响模型、风暴海洋影响模型和内生模型。但目前还没有一个模型得到广泛认可。

SPA撞击模型作为月球风暴洋clippie地体形成的模型之一，为理解风暴洋clippie地体的形成提供了一种思路。同时，肖龙指出，SPA撞击模型的建立不仅需要解释KREEP岩石的分布，还需要解释风暴洋Kripke地体的其他特征，如薄的月球地壳和巨型线性结构。

据了解，目前还没有相关研究支持SPA撞击事件可以降低风暴洋克里普克地体月球外壳厚度或产生巨型线性结构的假设。

由于SPA撞击事件与杨克里普地体风暴之间的相关性，肖龙指出，SPA样本的返回也许能够验证该模型。此外，如果能够确定SPA撞击时间，结合月球内部结构和当时的地温梯度，SPA撞击模型可以大大改进，得到更可靠的结果。

值得一提的是，风暴海洋撞击模型不仅可以解释月球地壳变薄，还可以解释KREEP岩石的重新分布，因此得到了大量研究者的支持。不过，肖龙表示，如果有风暴海洋影响事件，很难确认，因为其产品被后来的影响所覆盖。

在解释巨型线性结构方面，国外研究人员通过月球探测器“圣杯”的重力数据观测到了风暴杨克里普地体周围的巨型线性伸展结构，进而提出了风暴杨克里普地体形成的内生模型。该模型认为，不需要额外的撞击事件来产生风暴海洋碎屑。肖龙说，为了验证模型，可能有必要对风暴阳克里普地体进行更高分辨率的重力模拟。

月亮的两边在很多方面都有二分法

千百年来，月球只有一面一直朝向地球，另一面一直背向地球。这是人类探索月球的重要发现之一。更神奇的是，月球背对地球和背对地球的两面差别很大，这就是所谓的月球二分法。

已经发现“月球除了形态、地质、化学元素之外，在重力、磁力、热力等特性上也有二分法，机制也不一样。”平劲松说。

月球不是平均密度的天体。科学家发现月球上有很多“肿块肿瘤”，它们的分布规律呈现二分法。平劲松解释说，月球正面的月海地区下面有高密度的物质，形成许多比周围重力更高的巨大“肿块瘤”，而月球背面的“肿块瘤”要少得多、小得多。平劲松指出，月球正面的“肿块”是有偏差的，导致月球质心与形状中心不重合。前者比后者离地球近2km左右，由此产生的力矩潮汐作用以相同的手性和周期锁定了月球绕地球的自转和公转，使月球的一面长期面向地球，另一面长期面向地球。

据悉，目前月球磁场的强度还不到地球磁场的千分之一。平劲松指出，月球形成演化历史上是否存在强磁场仍有争议，但月球表面磁场也具有前弱后弱、分布广的二分法特征。

近年来，小天体和流星撞击地球的事件屡见不鲜。其实它们撞到月球正面和背面的概率是不一样的。“相比之下，在月球背面受到威胁的概率更高。”平劲松说，部分原因是地球对来自太空的小天体和流星有较大的引力，这有助于月球正面避免一些撞击。

中国科学家发现，月球正面接收太阳光比背面高几个百分点，使得正面的风化程度比背面略强，浅表层略热。

“我国探月工程将借助返回式探测和未来月球科考站计划，更加清晰地揭开月球二分法的神秘面纱。”平劲松说。