北大研究揭示月球背面温度变化，解开月壤演化之谜

中秋的明月高悬天际，银辉洒落大地，自古以来，这轮玉盘便是文人墨客笔下的常客，承载着无数浪漫的想象与深沉的寄托。从李白笔下“床前明月光，疑是地上霜”的清冷意境，到神话中广寒仙子独居的寂寥宫阙，月球始终是人类探索未知的灵感源泉。如今，随着中国航天事业的蓬勃发展，这颗曾被赋予无限遐想的星球，正逐步揭开它神秘的面纱。

2024年6月25日，一则令全球科学界振奋的消息传来：嫦娥六号返回器携带1935.3克来自月球背面的土壤样本成功返回地球。这批珍贵的“无价之土”迅速成为科研焦点，其中部分样本被送往北京大学地球与空间科学学院李扬研究员课题组，与核工业北京地质研究院何升、山东大学陈剑等团队展开联合研究。科学家们通过对月壤样本的深入分析，结合遥感数据，首次获得了月球正反两侧地幔温度的直接对比证据，为理解月球演化历史和二分性成因提供了关键线索。

月球的“另一面”为何始终隐没在地球视野之外？这源于地月之间的“潮汐锁定”效应。在漫长的岁月中，月球面向地球的一面因引力差异产生隆起，内部摩擦力逐渐消耗其自转动能，最终使自转周期与公转周期趋同，进入“同步自转”状态。因此，人类始终只能看到月球的同一面，而其背面则成为科学界长久以来的未解之谜。

与月球正面布满环形山、月海与月陆的景象不同，背面地形更为崎岖，零星分布的月海散布在广袤的月陆上，密密麻麻的陨石坑则记录着太阳系早期撞击风暴的痕迹。作为月球与行星科学领域的关键问题，月球二分性的成因一直是科学界争论的焦点。此前，由于缺乏直接样本，相关研究主要依赖远程观测和理论建构，而嫦娥六号带回的月背土壤则为这一难题的破解提供了可能。

月球样品的研究价值不容小觑。月壤中的矿物、岩石、碎屑、玻璃等成分，记录着月球形成演化的重要信息，包括火山活动记录、月壳与月幔的物质组成、水和挥发成分的分布等。此前，科学家们通过阿波罗计划、月球计划等探月工程，对月球正面进行了持续探索，建立了对月面岩石与内部结构的基本认识。然而，月球背面的直接样本始终是科学界亟待填补的空白。

2024年6月2日，嫦娥六号探测器在月球背面南极-艾特肯盆地中的预选着陆点成功采样。该盆地是月球上最大最深的古老撞击盆地，形成于约43亿年前的一次巨大撞击，其样本可能承载着更为丰富的月球地质信息。嫦娥六号采取了表取和钻取两种取样方式，既获得了长期暴露在外部的月壤，反映了月球背面的空间环境，又通过深入钻取的样本，揭示了月壤的堆叠发育和更丰富的月球演化信息。

在北京大学的研究团队中，科学家们以月球正背面温度对比为研究方向，运用矿物温压计计算月壤温度。通过测定月壤中有关矿物的元素组成，并将其代入矿物温压计，反推出这些矿物在形成之时环境的温压条件。为确保结果的精准性，研究团队应用了三种不同的温压计进行独立计算，并采用岩石学模型pMELTS模拟嫦娥六号玄武岩的结晶过程，得到了与矿物温压计一致的结果。

经过交叉验证，团队测定嫦娥六号样品的结晶温度约为1100摄氏度，比来自月球正面的嫦娥五号等样品的结晶温度低约100摄氏度。研究团队还利用玄武岩全岩成分重建了原始岩浆的化学组成，计算地幔潜能温度，发现月球背面地幔潜能温度（～1400℃）也低于月球正面（～1500℃）。为增强结论的可靠性，团队还与山东大学陈剑合作，通过月球遥感数据对上述结论在更大尺度上进行检验，发现月球背面地幔潜能温度相比正面低大约70℃，这与利用月球样品计算得到的结论一致。

这项研究首次利用月球样品揭示了月背的地幔热状态，为月面与月背的地幔温度差异提供了岩石学与地球化学的直接证据。月球背面地幔相对正面更为寒冷的发现，不仅为理解月球演化历史提供了关键信息，也为月球二分性的成因研究开辟了新的方向。

北京大学的研究生和本科生深度参与了本次月背样品温度研究。2024年9月，首届地球化学强基计划毕业生朱学麟刚推免直博便受邀参与研究；2024级地化专业本科生何潜、郑烨与2024级本科生付卓玥，则在学校本科生科研计划的支持下，参与了与月球样品相关的本研项目。他们的成长是地球与空间科学学院本科生拔尖人才培养的一个缩影。近年来，该学院每年约30名本科生通过本科生科研计划直接参与到科研一线工作中，绝大多数毕业后通过推免等方式继续深造。

在研究开展初期，团队成员通过文献阅读和资料查阅自学月球演化和玄武岩成因等相关知识，一边学习一边梳理研究思路。确定研究方向后，面对仅300mg月壤样品且可分析样品量被限制在100mg的挑战，北大团队与核地研院团队高效协作，轮流值守、昼夜不息，在多个实验室里同步推进实验，接力开展样品岩石学和地球化学多项关键指标的测试。经过2个月的实验攻坚，团队终于取得了精确的测试数据，并在此基础上建立岩石学模型进行模拟研究，最终获得了月球地幔的热状态信息。

中秋的月光穿越时空，既照亮了古老的诗行与归途，也辉映着今朝的活力与梦想。这轮曾引发无尽遐思的玉盘，正见证着中国月球探索的新突破，见证着璀璨星河中的新篇章。从诗意的想象到实证的突破，中国科学家们正以探索未知、勇攀高峰的精神，为人类认识月球、探索宇宙贡献着智慧与力量。

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