月球是地球唯一的衛(wèi)星，然而我們對這個近鄰卻知之甚少。它是如何形成的？又有哪些特性？諸如此類的問題現(xiàn)在仍然沒有答案。隨著探月工程的逐步推進，我國科學家正為解答月球的種種謎題貢獻更多的力量。4月13日，美國《國家科學院院刊》以封面文章的形式，介紹了我國科學家對“玉兔”月球車探測數(shù)據(jù)的最新研究成果，解開了月球土壤的部分謎題。中科院地質與地球物理所研究員、“嫦娥三號任務月球區(qū)域地球化學與構造動力學演化模型”研究團隊的責任科學家林楊挺說：“"玉兔"降落在月球雨海盆地，相關數(shù)據(jù)對認識這一地區(qū)火山活動的歷史、幫助人們進一步理解月球的演化有著重要的科學意義。”
雨海是月球上最重要的區(qū)域之一
月球表面有灰暗的部分和明亮的區(qū)域，亮區(qū)是高地，暗區(qū)是平原或盆地等低陷地帶。林楊挺介紹，雨海盆地是月球上最大的撞擊盆地，也是最重要的區(qū)域之一。“美國的阿波羅號和蘇聯(lián)的無人月球探測器曾經(jīng)從月球上采樣返回，采樣點總共9個，但它們都沒有落在雨海盆地。”林楊挺說，“整個月球，現(xiàn)有的這幾個點顯然是很不夠的，不能完全代表全月球。因此，嫦娥三號降落在雨海盆地中，并且玉兔在著陸區(qū)展開探測活動，所獲取到的數(shù)據(jù)進一步豐富了我們對月球的認識。”
不僅如此，環(huán)雨海盆地周邊還富集稀土、放射性元素等，很可能是從盆地底部挖掘出來的。林楊挺介紹，稀土、放射性元素等在巖漿冷卻過程中不進入到結晶出的礦物中，而是偏向于留在熔體中。這樣，最后剩下的一點點巖漿中就非常富集這些元素。月球形成的假說中，就預言在月殼和月幔之間會有一層由這最后的巖漿固結形成的物質，富集稀土和放射性元素。“因此，研究清楚這一地區(qū)，對我們認識月球的形成歷史有重要意義。”
雷達實測：校正月壤厚度
嫦娥三號玉兔月球車搭載了測月雷達，其任務之一是探測月球土壤的厚度，這是人類探月以來首次在月球表面直接進行雷達探測。探測結果顯示玉兔月球車軌跡下方的月壤平均厚度為5米左右。林楊挺說：“我認為用這個方法取得的數(shù)據(jù)非常準確，打個比方，幾乎和人上去直接挖個坑來測量月壤厚度差不多。”
這一實測數(shù)據(jù)將校正科學家之前對月壤厚度的推測。在此之前，月壤的厚度是采用間接的方法進行估算的，推測月海區(qū)域的月壤厚度約為2~4米。“月壤是小行星砸出來的，因此年齡越老的地方，月壤就越厚。如果對月球上一些區(qū)域估算的月壤厚度與月表年齡作圖，得到一條相關的年齡-厚度曲線，那么玉兔相當于為這一曲線設定了一個基準點。玉兔的實測月壤厚度顯著高于之前的預期，這表明以前月壤的厚度被低估了。”
月球土壤中含有豐富的氦-3和氫，其中氦-3是未來核聚變的主要能源，而氫不僅可以合成水，還適合用于宇宙航行的能源—雖然離實際應用還很遙遠。林楊挺說：“我們測出月壤的厚度，就能較準確估算出月壤的總量及相應的資源儲量，這對未來開發(fā)月球資源具有十分重要的意義。”
光譜和粒子激發(fā)X射線譜儀：測定月壤的礦物和化學成分
林楊挺說：“光譜是用來探測月壤和巖石的礦物組成的，粒子激發(fā)X射線譜儀是用來探測其化學成分的。讓我驚喜的是，粒子激發(fā)X射線譜儀能夠檢測出4種含量不到萬分之二的微量元素。”
根據(jù)粒子激發(fā)X射線能譜獲得的數(shù)據(jù)，獲得了月壤中鎂（Mg）、鋁（Al）、硅（Si）、鈣（Ca）、鈦（Ti）、鉀（K）、鉻（Cr）、鐵（Fe）、鍶（Sr）、釔（Y）、鋯（Zr）和鈮（Nb）在內12個元素的含量，其中后4種為微量元素。“月海充填的都是玄武巖，主要成分相似，但微量元素的含量可以有非常大的差異。地球化學家習慣用微量元素來區(qū)分看似相似巖石的不同成因和來源”林楊挺說，這些微量元素具有非常重要的指示意義，“指示該玄武巖從月球深部的月幔形成，然后在上升途中，混進了月球最晚固結的富稀土和放射性元素的物質”。
月球在晚年仍可很活躍
大部分科學家認為，月球在距今39億年左右可能經(jīng)歷了高強度的小行星轟擊階段，形成了月面上大大小小的撞擊盆地，之后距今38億~31億年間，這些盆地被火山不斷噴發(fā)出的玄武巖漿所充填。此后，月球進入晚年，巖漿活動趨于停止，月球變得冰冷堅硬。
林楊挺說，月表撞擊坑的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，雨海盆地位于嫦娥三號著陸區(qū)的玄武巖很年輕，很可能是在25億年左右之前噴發(fā)出來的，但是不知道它的厚度是多少。
“我們從測月雷達的數(shù)據(jù)中解譯出月壤之下的深處有3個界面，代表了3套玄武巖的厚度，其中最上面一套，即最晚一期玄武巖厚達195米，這表明月球巖漿活動的晚期，也就是約25億年前，仍存在巨量的玄武巖漿噴發(fā)。”
