2019年1月3日,来自中国的着陆器和巡视器——嫦娥四号月球探测器和月球车玉兔二号,首次代表人类拜访月球背面。玉兔二号从此开始了月球背面的巡游之旅——它利用自身携带的多种科学仪器,一步一步一个脚印地对月球背面进行着深入探测。
就在今天(2019年5月16日),中国科学院国家天文台李春来团队,在顶级期刊《自然》(Nature)在线发布了玉兔二号第1个月昼的光谱探测数据获得的初步成果,为揭示上月幔物质组成的科学难题带来了新的线索。
我们从小就知道,地球不是一颗从内到外均质的“土豆”,而是有着多层内部结构的“鸡蛋”。事实上,不仅是地球,月球、火星、水星、金星这样的大型固态天体全都是这样。那月球的壳、幔、核分别是由什么物质组成的呢?既然大家都经历了相似的热分异过程,原本又都是岩质天体,因此人们推测,月核里应该有大量铁镍金属,月壳和月幔大概主要是硅酸盐。
不过壳和幔层的成分有啥区别?硅酸盐都是什么盐?具体到每颗岩质天体,差别还挺大。举个例子,地壳(陆壳)的平均成分更接近于安山岩(最上层主要是花岗岩);而原始月壳则大部分由亮色的斜长岩组成——这也是我们如今在月球上看到的亮色高地的颜色。
月壳还好说些,毕竟暴露在外面。望远镜和探测器可以给月球表面拍照;各种遥感仪器可以探测到月球表面的矿物成分;阿波罗可以带回月球岩石和土壤样本……这些都能帮助天文学家们推测月壳的组成。但是,深层的月幔就很难判断了。
重力场和月震研究可以帮一些忙。这些观测和分析可以粗略地“透视”地下,告诉我们月球内部分了多少层,每层有多厚,每层的平均密度是多少,比如总体平均下来月幔的密度肯定要比月壳高。对月球岩浆海洋假说的理论研究,以及对地球地幔物质的认识也能给我们提供不少参考。
嫦娥四号探测器给出了新的线索。嫦娥四号的着陆区——直径2500千米的南极-艾特肯盆地,是月球上最大、最古老的撞击盆地,这意味着它也是月球上最可能挖掘出月幔物质的撞击盆地之一。
一转眼五个多月过去了,嫦娥四号和玉兔二号已经顺利完成了5个月昼的科学观测,获得了丰硕的科学成果。而这篇论文,才仅仅是第一个月昼里的近红外光谱仪(VNIS)这一个仪器的初步探测结果——还有大量的科学数据等待天文地质学家们去解译和探索。