我们今天看到的月球，可能已经不是曾经的那个月球

月球可能经历过一个“里外翻转”的过程。

月球（左）及其截面图（右）。右图在月球表面叠加了月球正面的引力梯度，并绘出了两处与月幔相连的含钛矿物下降流。NASA / Adrien Broquet / University of Arizona / Audrey Lasbordes

新的研究结果认为，在距今42亿年前，月球曾经“里外翻转”，然后才变成今天我们看到的样子。

大部分科学家认同，大约45亿年前，地球被另外一个大质量天体撞击，飞溅入轨的融熔物质凝聚成了月球。但自那以后，月球又经历了怎样的演化？至今众说纷纭，没有定论。

最近，一个来自亚利桑那大学月球和行星实验室的科研团队在研究了月球岩石的样本，和月球的引力场数据之后发现，月球可能经历过一个“里外翻转”的过程。

一直以来人们发现，从月球带回的玄武岩中钛的浓度之高令人吃惊，而卫星观测结果表明，富含钛的火山岩主要集中在月球面朝地球的一侧（月球因为被地球潮汐锁定，永远只以一个半球朝向我们）——这令人颇为费解，因为它们是如此集中，而不是广泛分布于整个月面。

亚利桑那大学的研究人员认为，月球快速形成后，其表面起初是被一个炽热的熔岩海完全包裹着的。这个熔岩海冷却凝固后，形成了包括月壳和月幔在内的月球外层。与此同时，外层下方的年幼的月球却依然在躁动。

模型显示，这个巨型月球熔岩海会结晶成致密的矿物。这些矿物中有一些富含铁和钛。由于密度高于下方的月幔，这些矿物会缓慢下沉，从而导致下方的月幔物质暴露出来，而曾经的月壳完全进入到内部。

参与该研究的北京大学科学家张南通过建模发现，假如月球经历过一次巨大的天体撞击，可能会导致月壳下致密的富钛物质层转移到月球的正面，然后下沉形成片状的岩板，在月球内部层层堆叠起来，并在月壳的下方，留下参差的富钛沉积物遗迹。

通过分析GRAIL探测器提供的月球引力场数据，研究人员发现了一些微妙的异常波动，且这些波动的模式与模型预言的高密度沉积物特征相符。观测数据支持张南的模型，表明月壳下方确实存在着预言中的沉积物遗迹。

研究人员同时发现，部分引力异常区被古老的大型撞击坑阻断，表明富钛矿物下沉事件发生在这些撞击坑形成之前。而根据这些盆地的年龄推算，下沉事件，也就是所谓月球的“里外翻转”，发生在距今42.2亿年前。

月幔在数十亿年前发生的翻转，可能还是月面朝向地球的一侧的著名暗区——风暴洋的成因。风暴洋是月球上的一个低地，那里的月壳比较薄，富含钍和钛，且大部分覆盖着熔岩流。这与月壳厚很多的月球背面非常不同。

月球（左）、月海区域（中）和包围着月海的多边形线性引力异常区（右）。右图中的蓝色区域是沉入月球内部的致密物质区遗迹所在位置。Adrien Broquet / University of Arizona

参考

How the moon turned itself inside out

https://news.arizona.edu/news/how-moon-turned-itself-inside-out

Vestiges of a lunar ilmenite layer following mantle overturn revealed by gravity data

https://www.nature.com/articles/s41561-024-01408-2