重磅！中科院月壤研究取得突破性成果，登上《自然》雜志封面

2025 年 7 月 9 日，中國科學院的科學家們向全世界發布了 4 個關于月球的重磅研究成果，這些成果以封面文章的形式，發表在了國際頂級的學術期刊《自然》雜志上。

《nature》封面雜志

4 項研究分別揭示月背巖漿活動、月球古磁場、月幔水含量及月幔演化特征，首次為人類揭開了月球背面的演化歷史。

這些研究，第一次系統性地揭開了月球背面的神秘面紗，告訴我們那里曾經發生過的驚天動地的故事。美國科學院院士、麻省理工學院教授本·韋斯（Ben Weiss）指出，這些突破性的成果足以改寫教科書。最神奇的是，如此重磅的研究成果，竟然是通過研究月壤而得出的。

看到這里，你有沒有感覺到一點小小的震驚？

2024 年 6 月，我們的嫦娥六號飛船帶著 1935.3 克月壤從月球返回地球。這些月壤比較松散，體積與一瓶兩升的大瓶可樂差不多少。就是這瓶從月球上挖回來的，重量還不到兩公斤的土，怎么就能包含那么多驚人的信息呢？而科學家又是怎么從月壤當中，把這些信息挖掘整理出來的呢？

01巖漿“時鐘”：鎖定巨型盆地的年齡密碼

我們知道，通過放射性同位素定年法，可以測定巖石的年齡。如果一塊巖石被融化成巖漿，那么它里面的放射性同位素分布就會被打亂，巖石內部的晶體也會重新形成。這就好像是一次時鐘重啟一樣。這樣，就讓科學家們可以推斷出一塊巖石最后一次從巖漿冷卻變成巖石的時間點了。

在月球形成早期，一顆巨大的小行星撞擊了月球，撞擊能量相當于原子彈爆炸的一萬億倍。這次撞擊，就形成了月球上最大、最古老的撞擊坑：南極—艾特肯盆地。嫦娥六號的樣品就采自這里。而這里因為劇烈撞擊而形成的特殊巖石，也被命名為月球南極艾特肯盆地撞擊熔巖。通過給這種巖石檢測年齡，科學家們第一次確定了這個巨型盆地的形成時間，那就是大約 42.5 億年前。

不僅如此，這顆撞擊在月球上的小行星，把月球過去好幾億年里火山噴發形成的層層疊疊的巖石一股腦地炸開，這些巖石碎屑也混雜在了月壤里，讓科學家深入研究早期月球的歷史成為了可能。

更令人驚喜的是，科學家還發現，月壤中很多細小的火成巖顆粒，它們有的形成時間比大撞擊更早，有的則比大撞擊更晚。通過對這些火成巖顆粒的研究，科學家就把月球背面各個年代的巖漿活動研究清楚了。

02古磁場的“逆襲”：月球曾有過“第二春”
了解了月球巖漿活動之后，新的問題就來了。因為只要是有巖漿活動的星球，就都會存在磁場。那么遠古時期的月球，它的磁場是怎樣的呢？這個問題，也可以通過對月壤的研究來找到答案。

你可以想象一下，當巖石熔融成為巖漿之后，巖漿里的含鐵礦物就像指南針一樣可以自由旋轉了。在磁場的影響下，所有的小指南針都會齊刷刷地指向當時磁場的方向。等到巖漿冷卻之后，這些小指南針的方向就固定了下來。它們就像是幾十億年前月球磁場化石一樣，忠實地記錄了當時磁場的方向和強弱。

科學家們就是通過分析嫦娥六號樣品里這些火成巖中的小指南針，首次獲得了月球背面的古磁場信息。他們還發現了一個特別有意思的現象：月球的磁場并不是像我們以前想的那樣，慢慢地、單調地減弱消失。而是在大約 28 億年前，發生過一次反彈，強度又變強了。這就好像一個快要沒電的手電筒，突然又亮了一下。這個發現告訴我們，月球內部的巖漿活動，可能比我們想象的要復雜得多。

03“干渴”的背面：月幔含水量的驚人差異
解開了月球磁場之謎，我們再來深入第三個問題，那就是月球到底有多少水？當然，對于干燥的月球來說，我們這里說的水并不是江河湖海中的那種自由流動的水。月球上的水，都是鎖在巖石礦物里的晶體結構的水?？茖W家會把月球樣品放在一個高度精密的儀器里，小心翼翼地給它們加熱。當溫度升高時，那些被鎖在礦物內部的水分子就會變成水蒸氣釋放出來。通過精密儀器的探測，就能計算月壤的含水量了。

圖源：新華社

通過這種方法，科學家們第一次獲得了月球背面月幔的水含量數據。結果令人驚訝：月球背面的月幔，比我們之前研究過的月球正面的月幔，要干燥得多！具體來說，嫦娥六號帶回的玄武巖顆粒中，含水量只有 1.5 微克/克。而月球正面同類巖石的含水量均值可以達到 7 微克/克。所以說，這個發現的意義非常重大。

04被“擰干”的月幔：揭秘月球“二分性”成因

我們以前已經知道，月球正面和背面在形態、成分、月殼厚度等方面很不一樣。而新的研究告訴我們，月球的正面和背面的含水量、巖漿活動也存在巨大差異，這就是經典的月球的二分性之迷。這一次，對月壤的第四項研究，就對解開二分性之迷有重大幫助。

科學家們通過對嫦娥六號帶回來的玄武巖進行化學成分分析，發現它們來自一個月幔里一個非常貧瘠的區域。這里的貧瘠并不是說它缺少養分，而是說它缺乏一些特殊的元素，比如鉀、磷以及各種稀土元素。在行星科學里，這些元素有一個外號，叫不相容元素。為什么叫這個名字呢？因為它們天性活潑，不喜歡待在固體的晶體里，總想往液體的巖漿里跑。

而嫦娥六號樣品所來自的那個月幔區域，就像是一塊被人用力擰干了的海綿，里面幾乎所有的湯汁都被擠出去了。剩下的這塊海綿，自然就變得非常貧瘠。那么問題來了，是什么樣的力量，能把月幔這塊巨大的海綿擰干呢？

中國科學院的科學家們提出了一個非常大膽，也很有說服力的解釋。他們認為，罪魁禍首，就是形成南極—艾特肯盆地的小行星撞擊。這次劇烈的撞擊，把整整四分之一個月球變成了一片巖漿海。這樣，月幔里的不相容元素就大量進入巖漿，導致了如今我們今天看到的超虧損狀態。這個過程，不僅帶走了元素，也可能帶走了大量的水分，這也就解釋了為什么月球背面的月幔會那么干燥。

南極-艾特肯盆地

關于月幔演化的研究，就像是月球地質拼圖中最關鍵的一塊，它把月球背面的巖漿活動、水含量、以及巨大的撞擊歷史，完美地串聯了起來，為我們破解月球二分性之迷，提供了最有力的證據。

這條關于月壤研究的新聞給了我們一個啟發，那就是科學研究非常關注的一件事情，就是信息。那些發生在月球上的古老地質事件，它們在發生的時候，在月球的巖石中留下了大量信息，而這些信息隨著巖石的破碎、太陽風的沖擊，最終形成了現在的月壤。只要信息沒有丟失，科學家們就能想出辦法還原它們。