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“玉兔2號(hào)”月球車

撰文 | 吳非

與地球類似，月球自內(nèi)向外分別由月核、月幔與月殼構(gòu)成。45億年前，誕生之初的月球被滾熱的巖漿海覆蓋。不久后，隨著溫度逐漸下降，月殼與月幔的分層開始出現(xiàn)：較輕的斜長(zhǎng)石等礦物上浮，形成月殼；而更重的橄欖石、輝石等下沉形成月幔。

這個(gè)故事雖然看似合理，但終究只是理論。要驗(yàn)證這一假說、掌握更精確的月球礦物構(gòu)成，就必須對(duì)月球進(jìn)行直接的采樣與測(cè)量。

月球結(jié)構(gòu)示意圖（圖片來源：wikipedia）

了解月殼相對(duì)容易。從蘇聯(lián)的“月球9號(hào)”月球探測(cè)器到美國(guó)的“阿波羅”載人登月工程，人類的探測(cè)器從月球表面采集、分析并帶回了不少巖石樣本。這些樣本讓我們對(duì)月殼的成分有著深入的理解。但是，接觸月幔成分則要難得多。

月殼的平均厚度有40千米。即使在地球上，人類目前最深的鉆井也只有12千米，更不用說在月球上打鉆挖出月幔物質(zhì)了。

在地球上，由于存在活躍的板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，來自地幔的巖漿可以通過火山等構(gòu)造流向地表。冷卻成巖后，它們成為我們了解地幔的窗口。

月球則截然不同。盡管一項(xiàng)本周發(fā)表的最新研究認(rèn)為月球仍然存在構(gòu)造活動(dòng)、甚至能產(chǎn)生“月震”，但要指望月球自身的微弱運(yùn)動(dòng)將月幔物質(zhì)送至月球表面，絕無可能。那么，人類怎樣才能找到來自月幔的物質(zhì)？

一個(gè)可以借助的力量是隕石。當(dāng)一顆隕石撞向月球，如同投向水面的石子漸起的水花，沖擊力讓撞擊地點(diǎn)周圍地下的物質(zhì)濺起、落在月球表面。如果隕石質(zhì)量夠大、速度足夠快，它就有可能成為一枚“深鉆”，穿透月殼、讓月幔物質(zhì)露出表面。

因此，科學(xué)家將隕石坑視作發(fā)掘月幔物質(zhì)的絕佳窗口。而月球最大、最古老的隕石坑——南極-艾特肯盆地（South Pole-Aitken basin，以下簡(jiǎn)稱盆地）成為關(guān)注的焦點(diǎn)。南極-艾特肯盆地位于月球背面，因此直到1959年蘇聯(lián)的月球3號(hào)探測(cè)器首次拍下月球背面的照片，人類才注意到它的存在。

圖中大片陰影區(qū)為南極-艾特肯盆地（圖片來源：NASA/Goddard Space Flight Center）

大約42億年前，一次劇烈的撞擊形成了這個(gè)直徑2500千米的巨型盆地。此前的模擬計(jì)算認(rèn)為，這次撞擊足以揚(yáng)起月幔物質(zhì)。但當(dāng)衛(wèi)星遙感開始分析這片廣袤的盆地，結(jié)果卻有些出乎意料：盡管盆地中有大量輝石，但本應(yīng)隨輝石一同出現(xiàn)的橄欖石卻極少被測(cè)出。

對(duì)此，科學(xué)家陸續(xù)提出了兩種可能的解釋：一是形成SPA的撞擊沒有想象中的劇烈，或許是速度不夠快，或許是撞擊的角度太小，總之撞擊地點(diǎn)下方的月幔物質(zhì)依然睡得很安穩(wěn)；另一種可能性是，此前我們對(duì)月幔的認(rèn)識(shí)存在偏差，上月幔中的橄欖石含量沒有模型預(yù)計(jì)的那么高。如果是這樣，那么對(duì)于月球演化，尤其是早期月幔流動(dòng)模型的認(rèn)識(shí)將被改寫。

月幔的秘密就沉睡在月球的另一側(cè)，等待著人類探測(cè)器的喚醒。

2019年1月3日，月球背面的首位訪客終于抵達(dá)。它就是“嫦娥4號(hào)”。之所以此前的探月項(xiàng)目都沒有選擇在月球背面著陸，一個(gè)障礙主要在于，月球背面的探測(cè)器無法和地球直接建立無線電通信。為此，中國(guó)國(guó)家航天局提前發(fā)射了“鵲橋”月球中繼衛(wèi)星，以此作為探測(cè)器與地球間的通信中轉(zhuǎn)站。

經(jīng)過近1個(gè)月的飛行，“嫦娥4號(hào)”在SPA內(nèi)的馮·卡門隕石坑（Von Kármán crater）著陸。著陸地點(diǎn)的選擇，一方面考慮了安全性：著陸區(qū)地勢(shì)平坦，沒有可能導(dǎo)致探月器損毀的障礙；另一方面，研究團(tuán)隊(duì)也考慮了發(fā)現(xiàn)月幔物質(zhì)的可能性。雖然根據(jù)此前的遙感分析，產(chǎn)生盆地的撞擊可能沒有直接擊穿月殼，但撞擊大幅削減了月殼厚度。如果在此基礎(chǔ)上再來一次隕石撞擊，或許月幔成分就能現(xiàn)身了。而馮·卡門隕石坑，正是疊加在盆地上的又一次撞擊。此外，著陸點(diǎn)周圍還有多個(gè)隕石坑，包括最年輕的芬森（Finsen）隕石坑。這些撞擊過程如能產(chǎn)生月幔濺射物，也有可能落在探月器的觀測(cè)區(qū)域。