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驚人的差異，月球正面和背面像兩顆不同的星球，科學(xué)家找到原因

2021.03.22

在古代，無(wú)數(shù)古人都曾抬起頭，思考月球到底是什么的問(wèn)題。他們?cè)趺匆蚕氩坏?，月球竟然是和地球類似的天體，而且還有另外一個(gè)面。

由于潮汐鎖定的作用，月球只有一面可以朝向地球，習(xí)慣上我們稱之為月球的正面。站在地球上的人永遠(yuǎn)看不到另外一面，也就是月球的背面。只有飛到那里或者借助繞月球探測(cè)器，才能夠看到那片神秘的世界。

當(dāng)科學(xué)家第一次看到月球背面的時(shí)候，他們就被震驚了：如果將月球的正面和背面分開(kāi)來(lái)看，我們很難相信它們位于同一顆星球。月球的正面相對(duì)平坦，有大面積的月海，也就是我們平時(shí)看到的月球上的陰影，而它的背面則坑坑洼洼，布滿了小型的隕石坑，看起來(lái)更加明亮一些；正面的月殼厚度只有大約60公里，而背面則厚達(dá)150公里；正面以玄武巖為主，而背面幾乎都是高地斜長(zhǎng)巖。此外在形貌構(gòu)造、巖石年齡等方面，正面和背面也都有著顯著的不同。

明明來(lái)自于同一顆星球，為何兩面能夠呈現(xiàn)出如此驚人的差異？

自從人類第一次看到月球背面開(kāi)始，這個(gè)謎題就一直困擾著科學(xué)家。有人認(rèn)為，月球的正面的火山比較多，當(dāng)玄武巖被噴射出來(lái)后會(huì)以巖漿的形式在正面月表流淌，掩埋了那些隕石坑?？墒?，這又帶來(lái)了新的問(wèn)題：為何月球正面的火山比背面多呢？這個(gè)猜想于是又變成了研究月球領(lǐng)域的新熱門話題。

在解釋這個(gè)問(wèn)題的時(shí)候，科學(xué)家們注意到了月球上的一些不同尋常之處，那就是風(fēng)暴洋克里普巖區(qū)（Procellarum KREEP Terrane）?？茖W(xué)家認(rèn)為，這個(gè)風(fēng)暴洋克里普巖區(qū)，很可能與正面的玄武巖有著密切的關(guān)系。

所謂的克里普巖，指的是富含鉀（potassium，元素符號(hào)K）、稀土元素（Rare Earth Elements，縮寫REE）和磷（phosphorus，元素符號(hào)P）的棕黃色玻璃狀礦物。除此之外，月球的克里普巖中還有鈾和釷等放射性元素，它們會(huì)在漫長(zhǎng)的歲月里發(fā)生衰變，釋放出熱量。

（圖片說(shuō)明：與KREEP對(duì)應(yīng)的釷濃度）

在此前的研究中，有科學(xué)認(rèn)為，這些放射性元素的放熱特性可能與月球正面的火山活動(dòng)有一定的關(guān)系。根據(jù)我們對(duì)月球內(nèi)部建立的熱模型，鉀的同位素、釷和鈾的放射性衰變可能在數(shù)十億年的歲月里為月球的正面提供了熱源。

為了證明這個(gè)猜想，一支國(guó)際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)展開(kāi)了研究，通過(guò)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)分析，來(lái)判斷克里普巖對(duì)于月球表面的構(gòu)造到底有何影響，并且將研究成果發(fā)表在了《自然地質(zhì)科學(xué)》上。

首先，他們將相關(guān)元素按照一定比例混合，仿造出了一定量的克里普巖。然后，他們將仿造的克里普巖和與月球表面類似的巖石進(jìn)行混合，其中克里普巖的比例分別占了5%、10%、15%、25%和50%。接下來(lái)，他們將這些混合巖石在1175到1300攝氏度之間的溫度下分別保存4至8天的時(shí)間，以觀察克里普巖對(duì)普通巖石的影響。

結(jié)果表明，克里普巖對(duì)于這些巖石來(lái)說(shuō)的確有著巨大的影響，可以明顯降低這些巖石的熔點(diǎn)。和那些完全沒(méi)有加入仿造克里普巖的空白對(duì)照樣本相比，那些被混合的巖石被融化的量增加到了前者的2-13倍。而且，這個(gè)數(shù)據(jù)還僅僅是克里普巖對(duì)于降低巖石熔點(diǎn)的效果，如果考慮到其本身衰變釋放的熱量，基本可以確定會(huì)融化更多的巖石。

那么，克里普巖中的放射性元素會(huì)對(duì)巖石產(chǎn)生何種影響呢？由于衰變過(guò)程相對(duì)比較長(zhǎng)，所以該團(tuán)隊(duì)利用數(shù)值建模來(lái)分析這個(gè)過(guò)程。結(jié)果顯示，這些元素的放射性為克里普巖融化巖石助了一臂之力。兩種機(jī)制疊加在一起，極有可能就是月球正面火山活動(dòng)的最重要的能量來(lái)源。最終月球正面出現(xiàn)大量的火山噴發(fā)，最終形成了這些黑暗的月海。

至于月球的背面，我們暫時(shí)還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)克里普巖?；蛟S就是由于缺乏這種特殊的礦物，所以月球背面就沒(méi)有那么多火山，保留了大量的小隕石坑，變成了今天的模樣。

（圖片說(shuō)明：克里普巖）

這里又有一個(gè)問(wèn)題，月球正面為何有這么多的克里普巖呢？同是一顆星球，為何這種礦物的分布如此不均勻呢？

實(shí)際上，這也是科學(xué)家好奇的問(wèn)題。沒(méi)有人知道其中的原因，不過(guò)該研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為：這或許與月球的形成機(jī)制有關(guān)。

根據(jù)目前的理論，我們認(rèn)為月球的形成來(lái)自于45億年前的一次撞擊事件。當(dāng)時(shí)，一顆體積和火星差不多，名叫忒伊亞的行星由于引力的波動(dòng)流竄到地球軌道附近，與地球發(fā)生了一次劇烈的撞擊。地球遭受到了前所未有的災(zāi)難，不僅整個(gè)被炸碎重組，而且大量的碎片被濺到太空中。這些碎片凝聚起來(lái)，就形成了今天的月球。

研究人員認(rèn)為，這些碎片在凝聚成月球的過(guò)程中并不是均勻分布的，于是造就了正面有著大量的克里普巖，而背面卻完全找不到這種礦物的結(jié)果。當(dāng)然，關(guān)于這個(gè)猜測(cè)，我們也需要尋找更多的證據(jù)才能確認(rèn)。

對(duì)于風(fēng)暴洋克里普巖區(qū)形成過(guò)程的研究，可以幫助我們更好地了解月球是如何誕生和演化的，這些都是目前困擾科學(xué)家的未解之謎。日本地球生命科學(xué)研究所的行星科學(xué)家Matthieu Laneuville指出：“由于侵蝕過(guò)程相對(duì)來(lái)說(shuō)非常少，月球表面很好地記錄了太陽(yáng)系早期歷史中的地質(zhì)事件。尤其是月球正面某些區(qū)域鈾和釷等放射性元素的濃度與其他區(qū)域大不相同，了解這些區(qū)域鈾和釷富集的原因，有助于解釋月球形成的早期歷程，進(jìn)而解釋早期地球的環(huán)境?！?/section>

（圖片說(shuō)明：月球表面最大的月海風(fēng)暴洋）

這一切謎題的謎底，就在月球上隱藏著。或許當(dāng)美國(guó)重返月球之后，我們就可以找到答案，看看地球和月球在形成的初期，到底經(jīng)歷過(guò)什么。

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