月球地幔演化的謎題，探索路漫漫，將怎樣幫助我們？

月球地幔之謎可能為宜居行星的演化提供線索

在月球南極艾特肯盆地探測到的釷元素揭示了在形成該盆地的撞擊過程中，月球中的地幔物質(zhì)劇烈噴射的景象。在這張?jiān)虑蚰蠘O的地圖上，顏色的不同顯示了釷的豐度的不同，紅色表示釷含量高的地區(qū)，紫色和灰色表示釷含量低的地區(qū)。

在月球南極艾特肯盆地探測到的釷元素揭示了在形成該盆地的撞擊過程中，月球中的地幔物質(zhì)劇烈噴射的景象。在這張?jiān)虑蚰蠘O的地圖上，顏色的不同顯示了釷的豐度的不同，紅色表示釷含量高的地區(qū)，紫色和灰色表示釷含量低的地區(qū)（圖片來源:NASA/LRO/月球探勘者/D。莫里亞蒂)

根據(jù)兩篇新的研究論文，月球復(fù)雜的地質(zhì)歷史可以作為了解宇宙中其他固態(tài)星球的參考，包括那些可能適合居住的星球。

美國宇航局（NASA）支持的這項(xiàng)研究是基于該機(jī)構(gòu)長期運(yùn)行的月球勘測軌道飛行器(LRO)的數(shù)據(jù)成果，LRO在過去12年里一直在應(yīng)用美國宇航局退役的月球勘探者以及印度月船1號飛船任務(wù)收集到的舊數(shù)據(jù)繪制高分辨率的月球地圖。

新研究的結(jié)果顯示了月球的地?！次挥诳梢姷貧は路降膬?nèi)部層——是如何在小行星和彗星撞擊月球表面的過程中被撞擊到月球表面的。

雖然月球本身不適合居住，但它和地球一樣有地幔。因此，科學(xué)家們依托于月球，可以更好地了解巖石行星的演化，甚至可以間接判別那些光年之外，我們只能通過尖端望遠(yuǎn)鏡看到的光點(diǎn)，是否可能為適合居住的行星。

尋找月球地幔是復(fù)雜的，因?yàn)榭偨Y(jié)出月球地形的理論、建模以及繪制地?？赡芪恢玫男碌貓D需要使用三組數(shù)據(jù):通過月船一號的衛(wèi)星繪圖儀顯示月球表面礦物成分及其豐都,使用月球勘探者的觀察月球表面元素,并用LRO拍攝出月球表面的圖像信息。

這兩篇論文的主要作者是馬里蘭州戈達(dá)德太空飛行中心NASA博士后項(xiàng)目研究員丹尼爾·莫

里亞蒂在一份聲明中說:“更詳細(xì)地了解這些(地幔)過程將對重要的后續(xù)問題產(chǎn)生影響?！?/p>

莫里亞蒂補(bǔ)充說，要解決的問題可能包括:“這種早期的熱量如何影響行星上水和大氣氣體的分布?”水會停留在這些熱量附近嗎,還是會被散發(fā)出的熱量蒸干?早期的宜居環(huán)境和生命的起源隱含著什么樣的條件？

了解月球地幔的來源這件事不僅具有科學(xué)價值，也許還具有探索價值。最近，美國宇航局將其工作重心轉(zhuǎn)移對月球的更多探索上——包括在商業(yè)月球有效載荷服務(wù)(CLPS)計(jì)劃下的一系列機(jī)器人。

美國宇航局表示，計(jì)劃中一部分機(jī)器人的任務(wù)是撿拾月球表面的地幔碎片最終帶回地球，以此來通過近距離研究月球樣本來了解月球的歷史。如果在技術(shù)發(fā)展和預(yù)算方面一切按計(jì)劃進(jìn)行，人類可能會在本世紀(jì)20年代中期根據(jù)阿耳特彌斯計(jì)劃執(zhí)行著陸任務(wù)，盡管這還不確定。

阿耳特彌斯的月球探測目標(biāo)是月球南極的撞擊坑，這就是新結(jié)果的來源。這些研究集中在一個1600英里(2600公里)被稱為南極-艾特肯盆地的帶有奇怪放射性標(biāo)記的區(qū)域中。美國宇航局表示，作為一個巨大的隕石坑，該盆地是尋找挖掘出的月球地幔并對其形成進(jìn)行理論分析的主要區(qū)域。

研究認(rèn)為，固態(tài)行星是通過吸積作用形成的，也就是由較小的塵埃顆粒和巖石在相互的重力作用下聚集在一起形成的。由于天體內(nèi)的放射性元素本身自然衰變就會釋放大量的熱，在宇宙中，各種也碰撞也會產(chǎn)生巨大熱量，于是在較大的固態(tài)天體中，如行星或更大的衛(wèi)星，如果能有足夠的熱量供給，那么巖漿洋也會隨之形成了。

然而，該理論缺乏一些細(xì)節(jié)，包括巖漿洋在冷卻時是如何變化的，以及這些巖漿中的礦物質(zhì)是何時以及如何結(jié)晶的。這些過程很重要，因?yàn)樗鼈冿@示了地幔巖石的組成，以及你可能在固態(tài)行星表面的哪些位置找到它們。

例如，在南極，研究小組的工作表明，放射性異常的成分與他們所說的“污泥”一致，即巖漿洋冷卻和結(jié)晶后在地幔最上部形成的物質(zhì)。此前，科學(xué)家們認(rèn)為所謂的淤泥——包括鐵和鈦鐵礦(或鈦礦)等巖石的致密組合——會深入較輕的地殼之下，導(dǎo)致無法進(jìn)行地表勘探。

莫里亞蒂說:“這里有一個很重要的事實(shí)就是，月球地幔的演化比我們最初認(rèn)為的要復(fù)雜得多?！薄耙恍┹^早結(jié)晶和沉積的礦物比較晚結(jié)晶和沉積的礦物密度小。這導(dǎo)致了一種不穩(wěn)定的情況，靠近地幔底部的輕質(zhì)物質(zhì)試圖上升，而靠近頂部的較重物質(zhì)則下降。這個過程被稱為‘引力翻轉(zhuǎn)’，它并不是以一種整齊有序的方式進(jìn)行，而是變得混亂，從而留下了許多意想不到的粒子?！?/p>

這兩篇論文分別發(fā)表在周一的《自然通訊》(Nature Communications)和今年1月的《地球物理研究雜志》(Journal of Geophysical Research)上。

BY: Elizabeth Howell

FY: 冰陽

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