月球地幔演化的谜题，探索路漫漫，将怎样帮助我们？

月球地幔之谜可能为宜居行星的演化提供线索

在月球南极艾特肯盆地探测到的钍元素揭示了在形成该盆地的撞击过程中，月球中的地幔物质剧烈喷射的景象。在这张月球南极的地图上，颜色的不同显示了钍的丰度的不同，红色表示钍含量高的地区，紫色和灰色表示钍含量低的地区。

在月球南极艾特肯盆地探测到的钍元素揭示了在形成该盆地的撞击过程中，月球中的地幔物质剧烈喷射的景象。在这张月球南极的地图上，颜色的不同显示了钍的丰度的不同，红色表示钍含量高的地区，紫色和灰色表示钍含量低的地区（图片来源:NASA/LRO/月球探勘者/D。莫里亚蒂)

根据两篇新的研究论文，月球复杂的地质历史可以作为了解宇宙中其他固态星球的参考，包括那些可能适合居住的星球。

美国宇航局（NASA）支持的这项研究是基于该机构长期运行的月球勘测轨道飞行器(LRO)的数据成果，LRO在过去12年里一直在应用美国宇航局退役的月球勘探者以及印度月船1号飞船任务收集到的旧数据绘制高分辨率的月球地图。

新研究的结果显示了月球的地幔——即位于可见地壳下方的内部层——是如何在小行星和彗星撞击月球表面的过程中被撞击到月球表面的。

虽然月球本身不适合居住，但它和地球一样有地幔。因此，科学家们依托于月球，可以更好地了解岩石行星的演化，甚至可以间接判别那些光年之外，我们只能通过尖端望远镜看到的光点，是否可能为适合居住的行星。

寻找月球地幔是复杂的，因为总结出月球地形的理论、建模以及绘制地幔可能位置的新地图需要使用三组数据:通过月船一号的卫星绘图仪显示月球表面矿物成分及其丰都,使用月球勘探者的观察月球表面元素,并用LRO拍摄出月球表面的图像信息。

这两篇论文的主要作者是马里兰州戈达德太空飞行中心NASA博士后项目研究员丹尼尔·莫

里亚蒂在一份声明中说:“更详细地了解这些(地幔)过程将对重要的后续问题产生影响。”

莫里亚蒂补充说，要解决的问题可能包括:“这种早期的热量如何影响行星上水和大气气体的分布?”水会停留在这些热量附近吗,还是会被散发出的热量蒸干?早期的宜居环境和生命的起源隐含着什么样的条件？

了解月球地幔的来源这件事不仅具有科学价值，也许还具有探索价值。最近，美国宇航局将其工作重心转移对月球的更多探索上——包括在商业月球有效载荷服务(CLPS)计划下的一系列机器人。

美国宇航局表示，计划中一部分机器人的任务是捡拾月球表面的地幔碎片最终带回地球，以此来通过近距离研究月球样本来了解月球的历史。如果在技术发展和预算方面一切按计划进行，人类可能会在本世纪20年代中期根据阿耳特弥斯计划执行着陆任务，尽管这还不确定。

阿耳特弥斯的月球探测目标是月球南极的撞击坑，这就是新结果的来源。这些研究集中在一个1600英里(2600公里)被称为南极-艾特肯盆地的带有奇怪放射性标记的区域中。美国宇航局表示，作为一个巨大的陨石坑，该盆地是寻找挖掘出的月球地幔并对其形成进行理论分析的主要区域。

研究认为，固态行星是通过吸积作用形成的，也就是由较小的尘埃颗粒和岩石在相互的重力作用下聚集在一起形成的。由于天体内的放射性元素本身自然衰变就会释放大量的热，在宇宙中，各种也碰撞也会产生巨大热量，于是在较大的固态天体中，如行星或更大的卫星，如果能有足够的热量供给，那么岩浆洋也会随之形成了。

然而，该理论缺乏一些细节，包括岩浆洋在冷却时是如何变化的，以及这些岩浆中的矿物质是何时以及如何结晶的。这些过程很重要，因为它们显示了地幔岩石的组成，以及你可能在固态行星表面的哪些位置找到它们。

例如，在南极，研究小组的工作表明，放射性异常的成分与他们所说的“污泥”一致，即岩浆洋冷却和结晶后在地幔最上部形成的物质。此前，科学家们认为所谓的淤泥——包括铁和钛铁矿(或钛矿)等岩石的致密组合——会深入较轻的地壳之下，导致无法进行地表勘探。

莫里亚蒂说:“这里有一个很重要的事实就是，月球地幔的演化比我们最初认为的要复杂得多。”“一些较早结晶和沉积的矿物比较晚结晶和沉积的矿物密度小。这导致了一种不稳定的情况，靠近地幔底部的轻质物质试图上升，而靠近顶部的较重物质则下降。这个过程被称为‘引力翻转’，它并不是以一种整齐有序的方式进行，而是变得混乱，从而留下了许多意想不到的粒子。”

这两篇论文分别发表在周一的《自然通讯》(Nature Communications)和今年1月的《地球物理研究杂志》(Journal of Geophysical Research)上。

BY: Elizabeth Howell

FY: 冰阳

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