月球是地球唯一的衛(wèi)星，然而我們對(duì)這個(gè)近鄰卻知之甚少。它是如何形成的？又有哪些特性？諸如此類(lèi)的問(wèn)題現(xiàn)在仍然沒(méi)有答案。隨著探月工程的逐步推進(jìn)，我國(guó)科學(xué)家正為解答月球的種種謎題貢獻(xiàn)更多的力量。4月13日，美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》以封面文章的形式，介紹了我國(guó)科學(xué)家對(duì)“玉兔”月球車(chē)探測(cè)數(shù)據(jù)的最新研究成果，解開(kāi)了月球土壤的部分謎題。中科院地質(zhì)與地球物理所研究員、“嫦娥三號(hào)任務(wù)月球區(qū)域地球化學(xué)與構(gòu)造動(dòng)力學(xué)演化模型”研究團(tuán)隊(duì)的責(zé)任科學(xué)家林楊挺說(shuō)：“"玉兔"降落在月球雨海盆地，相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)認(rèn)識(shí)這一地區(qū)火山活動(dòng)的歷史、幫助人們進(jìn)一步理解月球的演化有著重要的科學(xué)意義。”
雨海是月球上最重要的區(qū)域之一
月球表面有灰暗的部分和明亮的區(qū)域，亮區(qū)是高地，暗區(qū)是平原或盆地等低陷地帶。林楊挺介紹，雨海盆地是月球上最大的撞擊盆地，也是最重要的區(qū)域之一。“美國(guó)的阿波羅號(hào)和蘇聯(lián)的無(wú)人月球探測(cè)器曾經(jīng)從月球上采樣返回，采樣點(diǎn)總共9個(gè)，但它們都沒(méi)有落在雨海盆地。”林楊挺說(shuō)，“整個(gè)月球，現(xiàn)有的這幾個(gè)點(diǎn)顯然是很不夠的，不能完全代表全月球。因此，嫦娥三號(hào)降落在雨海盆地中，并且玉兔在著陸區(qū)展開(kāi)探測(cè)活動(dòng)，所獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)一步豐富了我們對(duì)月球的認(rèn)識(shí)。”
不僅如此，環(huán)雨海盆地周邊還富集稀土、放射性元素等，很可能是從盆地底部挖掘出來(lái)的。林楊挺介紹，稀土、放射性元素等在巖漿冷卻過(guò)程中不進(jìn)入到結(jié)晶出的礦物中，而是偏向于留在熔體中。這樣，最后剩下的一點(diǎn)點(diǎn)巖漿中就非常富集這些元素。月球形成的假說(shuō)中，就預(yù)言在月殼和月幔之間會(huì)有一層由這最后的巖漿固結(jié)形成的物質(zhì)，富集稀土和放射性元素。“因此，研究清楚這一地區(qū)，對(duì)我們認(rèn)識(shí)月球的形成歷史有重要意義。”
雷達(dá)實(shí)測(cè)：校正月壤厚度
嫦娥三號(hào)玉兔月球車(chē)搭載了測(cè)月雷達(dá)，其任務(wù)之一是探測(cè)月球土壤的厚度，這是人類(lèi)探月以來(lái)首次在月球表面直接進(jìn)行雷達(dá)探測(cè)。探測(cè)結(jié)果顯示玉兔月球車(chē)軌跡下方的月壤平均厚度為5米左右。林楊挺說(shuō)：“我認(rèn)為用這個(gè)方法取得的數(shù)據(jù)非常準(zhǔn)確，打個(gè)比方，幾乎和人上去直接挖個(gè)坑來(lái)測(cè)量月壤厚度差不多。”
這一實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)將校正科學(xué)家之前對(duì)月壤厚度的推測(cè)。在此之前，月壤的厚度是采用間接的方法進(jìn)行估算的，推測(cè)月海區(qū)域的月壤厚度約為2~4米。“月壤是小行星砸出來(lái)的，因此年齡越老的地方，月壤就越厚。如果對(duì)月球上一些區(qū)域估算的月壤厚度與月表年齡作圖，得到一條相關(guān)的年齡-厚度曲線(xiàn)，那么玉兔相當(dāng)于為這一曲線(xiàn)設(shè)定了一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)。玉兔的實(shí)測(cè)月壤厚度顯著高于之前的預(yù)期，這表明以前月壤的厚度被低估了。”
月球土壤中含有豐富的氦-3和氫，其中氦-3是未來(lái)核聚變的主要能源，而氫不僅可以合成水，還適合用于宇宙航行的能源—雖然離實(shí)際應(yīng)用還很遙遠(yuǎn)。林楊挺說(shuō)：“我們測(cè)出月壤的厚度，就能較準(zhǔn)確估算出月壤的總量及相應(yīng)的資源儲(chǔ)量，這對(duì)未來(lái)開(kāi)發(fā)月球資源具有十分重要的意義。”
光譜和粒子激發(fā)X射線(xiàn)譜儀：測(cè)定月壤的礦物和化學(xué)成分
林楊挺說(shuō)：“光譜是用來(lái)探測(cè)月壤和巖石的礦物組成的，粒子激發(fā)X射線(xiàn)譜儀是用來(lái)探測(cè)其化學(xué)成分的。讓我驚喜的是，粒子激發(fā)X射線(xiàn)譜儀能夠檢測(cè)出4種含量不到萬(wàn)分之二的微量元素。”
根據(jù)粒子激發(fā)X射線(xiàn)能譜獲得的數(shù)據(jù)，獲得了月壤中鎂（Mg）、鋁（Al）、硅（Si）、鈣（Ca）、鈦（Ti）、鉀（K）、鉻（Cr）、鐵（Fe）、鍶（Sr）、釔（Y）、鋯（Zr）和鈮（Nb）在內(nèi)12個(gè)元素的含量，其中后4種為微量元素。“月海充填的都是玄武巖，主要成分相似，但微量元素的含量可以有非常大的差異。地球化學(xué)家習(xí)慣用微量元素來(lái)區(qū)分看似相似巖石的不同成因和來(lái)源”林楊挺說(shuō)，這些微量元素具有非常重要的指示意義，“指示該玄武巖從月球深部的月幔形成，然后在上升途中，混進(jìn)了月球最晚固結(jié)的富稀土和放射性元素的物質(zhì)”。
月球在晚年仍可很活躍
大部分科學(xué)家認(rèn)為，月球在距今39億年左右可能經(jīng)歷了高強(qiáng)度的小行星轟擊階段，形成了月面上大大小小的撞擊盆地，之后距今38億~31億年間，這些盆地被火山不斷噴發(fā)出的玄武巖漿所充填。此后，月球進(jìn)入晚年，巖漿活動(dòng)趨于停止，月球變得冰冷堅(jiān)硬。
林楊挺說(shuō)，月表撞擊坑的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，雨海盆地位于嫦娥三號(hào)著陸區(qū)的玄武巖很年輕，很可能是在25億年左右之前噴發(fā)出來(lái)的，但是不知道它的厚度是多少。
“我們從測(cè)月雷達(dá)的數(shù)據(jù)中解譯出月壤之下的深處有3個(gè)界面，代表了3套玄武巖的厚度，其中最上面一套，即最晚一期玄武巖厚達(dá)195米，這表明月球巖漿活動(dòng)的晚期，也就是約25億年前，仍存在巨量的玄武巖漿噴發(fā)。”
