月亮如何自行翻转
——科学家解开月球地质“不平衡”谜团
冯杰
2024年04月12日 02:02
本报记者 张佳欣
科技日报大约45亿年前，一颗小行星撞上了年轻的地球，将熔岩抛入太空。慢慢地，碎片融合、冷却、凝固，形成了月球。据发表于8日《自然·地球科学》杂志的一项新研究，美国亚利桑那大学研究人员将对月球重力场的分析与其最早的演化模型结合起来，讲述了月球从原始岩浆海洋凝固后发生内翻的故事，解决了围绕月球“不平衡”地质的长期难题。这些发现对月球内部演化提供了重要见解，也为地球或火星等行星的演化提供了参考。
月球形成时速度极快且环境炎热，它很可能被岩浆海洋所覆盖。当熔岩逐渐冷却凝固时，形成了月球的地幔和满月时人们所看到的明亮地壳。但在表面更深的地方，月亮却严重失衡。模型表明，岩浆海洋的最后残渣结晶成了致密矿物，包括钛铁矿。
研究人员解释说，由于这些重矿物比下面的地幔密度高，所以产生了重力不稳定。不知何故，在接下来数千年里，这些致密物质沉入了内部，与地幔混合，融化后又返回月球地表，也就是人们今天观察到的富钛熔岩。
那么，在月球地幔的重力翻转过程中，钛铁矿是一点一点地沉没，还是在月球完全凝固后一下子就沉没了？是在全月球范围内沉入内陆，然后在近侧上升，还是先迁移到近侧然后下沉？
新研究中，研究人员将富含钛铁矿的下沉层模拟与美国国家航空航天局（NASA）的GRAIL（重力恢复和内部结构实验室）任务探测到的一系列线性重力异常进行了比较。
结果发现，GRAIL任务测量的重力特征与钛铁矿层模拟结果一致。正如GRAIL所揭示的，钛铁矿物质迁移到月球的近侧，并以片状瀑布的形式沉入月球内部，留下了导致月球重力场异常的痕迹。
研究团队的观察还给出了这次事件的时间：钛铁矿层在42.2亿年前沉没。
研究人员表示，这是首次有了展示月球演化关键阶段的实物证据。模型和数据正确地结合在一起，揭示了关于月球地幔重力翻转的秘密。