月球背面幔源物质真相到底是怎样的？

去月球背面，美国人从来没踏足过的地方！北京时间2019年5月16日凌晨和美国东部时间5月15日下午，《自然》杂志在网上公布了中国探月工程的一项重要发现。

中国科学院国家天文台研究员李春来带领的研究团队，利用嫦娥四号在原地的光谱探测数据，证明月球背面的南极-艾特肯盆地存在以橄榄石和低钙辉石为主的深部物质，为解决长期困扰学术界的月球地幔物质组成问题提供了直接的实验证据，为完善月球形成演化模型提供了有力支持。中国科学院上海技术物理研究所国家天文台和中国科学院地球化学研究所联合完成了“嫦娥四号月球远侧地幔物质初始光谱识别”的研究论文。中国探月工程首席科学家欧阳自远院士也是作者之一。

根据月球早期演化理论，月球地壳是岩浆洋中较轻的斜长石成分漂浮结晶形成的，而橄榄石、辉石等重矿物则下沉形成月球地幔。然而，这种关于月球和地幔组成的理论至今没有得到很好的证明。无论是美国的阿波罗任务，还是前苏联的月球任务，在返回的月球样品中都没有发现月球地幔确切物质组成的直接证据。后来人们才知道，陨石撞击月球形成的陨石坑就像打井一样，可能是因为陨石撞穿了月球外壳，暴露了月球地幔的物质成分。最有希望的显然是月球背面的南极-艾特肯盆地，这是月球上最大最古老的陨石坑，直径2500公里。然而，以前的月球探测器没有发现大量橄榄石露头的证据，橄榄石是月球地幔的一种指示矿物。显然，我们需要在月球背面着陆来证明富含橄榄石的假设。

2019年1月3日，中国嫦娥四号探测器“定点、定时、准确”在月球背面预选着陆区——丰卡门坑着陆。这是人类探测器首次成功登陆月球背面。这个登陆点很特别。如上图所示，位于SPA的冯卡门陨石坑月球表面相对平坦，便于着陆，最有可能探测到月球地幔物质。更重要的是，在离它不远的地方，还有一个小陨石坑芬森，在那里，撞击喷出的物质可能会散落一地。后来的数据显示，这是一个极其关键的点。

1月3日，巡逻队与登陆器分离，搭载的红外成像光谱仪成功采集到了着陆区两个探测点的高质量光谱数据，如上图所示。由国家天文台和中国科学院上海技术物理研究所组成的研究小组，通过对光谱数据的分析，发现CE-4着陆区月壤的光谱吸收特征与月球正面月壤玄武岩中月壤的光谱吸收特征存在显著差异，表现为低钙辉石的光谱特征，暗示了大量橄榄石的存在，如下图所示。进一步分析证实，CE-4着陆区月壤中橄榄石的相对含量最高，其次是低钙辉石，仅含少量高钙辉石。这种矿物组合可能代表了起源于月球地幔的深部物质。

如前所述，CE-4探测器的着陆点位于SPA盆地的冯卡门陨石坑内。早期的研究结果表明，它的表面充满了后来喷发的玄武岩。覆盖着陆区的高分辨率遥感影像数据和高光谱数据分析结果表明，着陆器和月球车位于玄武岩“平原”上的撞击飞溅物上，该玄武岩“平原”来自芬森陨石坑的东北部，如下图所示。40多亿年前，SPA盆地形成时，月球地壳变薄或完全剥离。FINSEN陨石坑是小天体撞击SPA盆地内表面形成的，就像SPA盆地表面制作的“深钻”。进一步挖掘SPA盆地表面以下的月球更深处的物质，产生的溅射物被抛来抛去，作为辐射射线分布在冯卡门陨石坑的“平原”上。因此，CE-4 VNIS分析的物体是从芬森陨石坑中挖掘出来的月球地幔物质，并被抛到冯卡门陨石坑的表面。