【德尔塔|美国宇航局确定早期熔融月球的深层秘密】
月球形成后不久 ， 就被全球性的熔岩（岩浆）海洋所覆盖 。 随着岩浆海洋冷却和凝固 ， 致密矿物下沉形成地幔层 ， 而密度较小的矿物漂浮形成地壳 。 后来大规模小行星和彗星的猛烈轰击穿透了地壳 ， 炸出地幔碎片并将它们散布在月球表面 。
最近 ， 美国宇航局的两项研究确定了最有可能在地表发现地幔碎片的位置 ， 为未来的月球样本返回任务提供了地图 ， 例如美国宇航局阿尔忒弥斯计划下的月球样本返回任务 。 如果收集和分析这些来自月球深处的碎片 ， 可以更好地了解月球、地球和许多其他太阳系世界是如何演化的 。
月球背面广阔的南极 - 艾特肯盆地的钍浓度揭示了盆地形成撞击期间猛烈喷出的地幔物质的分布 。 此处 ， 钍丰度由彩虹色标表示 ， 钍含量高的区域以红色显示 ， 丰度较低时趋向于紫色和灰色 。 盆地西北部地区的两个陨石坑显示出特别高的钍丰度（在地图上以红色表示） ， 表明目前存在大量暴露在地表的地幔物质 。
“这是对月球内部演变的最新评估 ， 综合了许多近期的发展 ， 描绘了地幔历史的新图景 ， 以及它可能在月球表面暴露的方式和地点 ， ”说美国宇航局戈达德太空飞行中心、马里兰州格林贝尔特和马里兰大学帕克分校的 Daniel Moriarty 。
岩浆海洋随着冷却而演化 ， 致密物质下沉而轻物质上升 。 岩浆海洋的形成及其演化被认为是整个太阳系及其他地区的岩石行星和卫星之间的共同过程 。 地球的月球是研究这些基本过程的最容易接近和保存完好的天体 。
“更详细地了解这些过程将对重要的后续问题产生影响：这种早期加热如何影响行星的水和大气气体的分布？水会粘在周围 ， 还是全部被煮沸？对早期宜居性和生命起源有何影响？” Moriarty 补充说 ， 这些论文的第一作者分别于 8 月 3 日和 2021 年 1 月在《自然通讯》和《地球物理研究杂志》上发表 。
行星、卫星和大型小行星等大型岩石天体可以利用它们生长时产生的热量形成岩浆海洋 。 我们的太阳系由一团气体和尘埃组成 ， 在自身重力作用下坍塌 。 发生这种情况时 ， 尘埃颗粒相互撞击并粘在一起 ， 随着时间的推移 ， 这个过程滚雪球变成越来越大的团块 ， 最终形成小行星和行星大小的天体 。 这些碰撞产生了大量的热量 。 此外 ， 我们太阳系的组成部分包含各种放射性元素 ， 这些元素在衰变时会释放热量 。 在较大的物体中 ， 这两个过程都可以释放足够的热量以形成岩浆海洋 。
然而 ， 关于岩浆海洋在冷却过程中如何演化以及其中的各种矿物质如何结晶的细节尚不确定 ， 这会影响科学家对地幔岩石的看法以及它们在地表的位置 。
“最重要的是 ， 月球地幔的演化比原先想象的要复杂 ， ”莫里亚蒂说 。 “一些较早结晶和下沉的矿物的密度低于较晚结晶和下沉的矿物 。 这导致不稳定的情况 ， 靠近地幔底部的轻物质试图上升 ， 而靠近顶部的较重物质下降 。 这个过程被称为‘重力翻转’ ， 并没有以整洁有序的方式进行 ， 而是变得凌乱不堪 ， 留下了许多混合和意想不到的落伍者 。 ”
该团队回顾了最近的实验室实验、月球样本分析以及地球物理和地球化学模型 ， 以发展他们对月球地幔在冷却和凝固过程中如何演化的新理解 。 他们使用这种新的理解作为镜头来解释美国宇航局月球勘探者和月球勘测轨道飞行器以及印度月船一号上的月球矿物测绘仪最近对月球表面的观察航天器 。 该团队使用 Moon Mineralogy Mapper 数据生成了一张可能的地幔位置图 ， 以评估矿物成分和丰度 ， 并结合 Lunar Prospector 对元素丰度的观测 ， 包括月球岩浆海洋结晶结束时最后剩余液体的标记 ， 以及图像和地形来自月球勘测轨道器的数据 。
南极-艾特肯盆地直径约 1600 英里（约 2600 公里） ， 是已确认的月球上最大的撞击结构 ， 因此与所有月球盆地的挖掘深度有关 ， 因此它是最有可能发现的地方据该团队称 ， 地幔碎片 。
多年来 ， 科学家们一直对南极西北象限——月球背面艾特肯盆地的放射性异常感到困惑 。 该团队的分析表明 ， 这种异常的成分与岩浆海洋结晶结束时在最上层地幔中形成的“淤泥”一致 。 由于这种淤泥非常稠密 ， 科学家们此前认为它应该在月球历史早期完全沉入下地幔 。
“然而 ， 我们从最近的模型和实验中更细致的理解表明 ， 一些污泥被困在上地幔中 ， 后来被这个巨大的撞击盆地挖掘出来 ， ”莫里亚蒂说 。 “因此 ， 南极西北部的艾特肯盆地是获取目前在月球表面挖掘出的地幔物质的最佳地点 。 有趣的是 ， 其中一些材料也可能存在于拟议的月球南极周围的阿尔忒弥斯和VIPER着陆点周围 。 ”
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