月球背面的新发现！（文字版）
- 文字版 -月球背面因为永远背对着我们，那里一直被认为是个充满神秘色彩的地方。从阿姆斯特朗登月时发现的“异常”，到探测器在月面拍到的奇怪物体，民间的各种传言更是神乎其神。其实科学家们对月球背面也很着迷，不过他们着迷的点不是那些“都市传说”，而是月球背面在科学上带给我们的新发现。— 奇怪的月幔 —
上回我们说月海其实是月球上的平原，这些平原在月球上的分布并不均匀，它们几乎全都集中在月球的正面。由于潮汐锁定的原因，直到发射探测器之前，人类从来没有见过月球背面的样子。然而如今我们知道，和被大片月海占据的月球正面不同，月球的背面完全是另一副模样。
月球背面主要以高地为主，这里密密麻麻布满了大大小小各种陨石坑。为什么会这样？一种常见的说法是地球的“遮挡效应”，就是地球引力的存在在一定程度上减少了月球正面遭受陨石撞击的可能性。这个说法有一定道理，但并不是主要原因。目前科学认为，造成这种现象的最主要原因是月球背面的月壳比正面厚，这使得月球背面的岩浆很难涌出表面。这样一来，由于缺少地质活动，亿万年来的撞击痕迹就被保留了下来。只是造成这种地质差异的原因是什么，目前还不是十分清楚。
不过2025年5月，一篇发表于《自然》杂志的文章中，研究人员基于NASA“圣杯”号任务对月球引力场的探测数据，推算出月球内部月幔各处的温度可能不一致：月球正面月幔的温度比背面高了一百多度。
高温的月幔更容易产生岩浆，而岩浆会把月幔里形成月壳的轻元素带到表层，同时岩浆还会因为流动性强而对月壳产生拉伸作用，最终让正面的月壳难以增厚。相反，低温的月幔由于岩浆较少，流动性差，月壳物质更容易堆积，慢慢地就让背面的月壳比正面更厚。
除了温度差异外，正背面的月幔含水量也不相同。
欸，这时候有人就要问了：就算月幔温度再低，那也得有成百上千度，怎么可能还有水呢？注意：这里的“水”并不是通常的水分子（H₂O），而是一种以羟基（OH⁻）形式嵌入在矿物晶格结构中的成分，因此也叫“结构水”。
2025年4月，一篇同样发表于《自然》杂志的文章中，研究人员基于“嫦娥六号”从月球背面带回的样品，测算了月球背面月幔中的含水量。结果发现，月球背面月幔的含水量明显低于月球正面。
该现象的成因，目前推测和月球背面的南极-艾特肯盆地有关。这个盆地形成于43亿年前的一次大型天体撞击，当时的撞击力度非常大，以至于把盆地下方月幔里的“水”冲了出来，“推”到了月球正面，这就使得月球背面比正面更加“干燥”。
当然，这只是其中一种推测，还有种说法是和月幔本身的分层结构有关。月球背面玄武岩来自更深层的地幔，由于深层地幔形成时间更早，那时的含水量本来就低。而正面的玄武岩大多来自浅层地幔，因此有着更高的含水量也很合理。
— 奇怪的磁场 —
你可能知道，如今的月球随着内部物质的冷却，磁场变得越来越弱，现在几乎已经消失殆尽。但你也许不知道的是，月球的磁场曾经有过一次“起死回生”的经历。
早先，科学家在研究“阿波罗”计划带回的月球样品时发现，月球在42亿~35亿年前曾经有过相对活跃的磁场。但在大约31亿年前，月球磁场的强度突然急剧下降，一下子降到了先前的1/10。科学家认为，在那之后月球磁场应该就一直处于这种状态。
然而2024年12月，《自然》上的又一篇文章中，来自中国科学院的研究团队通过对来自月球背面“阿波罗”撞击坑的样品进行分析后，发现这些样品中记录的古磁场强度比之前预想的要高。
数据表明，月球磁场在28亿年前应该发生过反弹，月球内部原本已经停摆的“发电机”竟然被重新激活了。该观点颠覆了月球磁场单调衰减的传统认知，说明产生月球磁场的“发电机”机制可能比我们想象的更复杂。
— 奇怪的磁场化石 —
虽然如今的月球已经没有了全球性的磁场，但是这并不意味着月球上一点磁场没有。比如在最外层的月壳中，这里还残留着一些“磁场化石”。
什么叫“磁场化石”呢？因为早期，当月球磁场还存在（内部仍然是完全熔融状态）时，月球表面的岩浆冷却结晶后，其中的铁、镍等铁磁矿物会像指南针一样顺着当时的磁场方向定向排列。当岩浆完全冷却成岩石后，这些磁性矿物的排列方向就被固定了下来，即便后来全球性磁场消失，这种定向排列也不会改变，就像把当时的磁场封印成了化石，因此称为“磁场化石”。
这些“磁场化石”中残留的磁场极其微弱，在月球表面的分布也不均匀。位于月球背面的南极-艾特肯盆地，它中心区域的磁场非常微弱，几乎检测不到。但在它的北部边缘，那里却藏着一条强磁场带。为啥会这样？主要还是因为当年形成盆地的那次撞击太猛烈了，高温直接把中心区域的磁场“烤没了”。后来虽然火山活动补充了些磁性物质，也仍旧没太大用。而在盆地的边缘，那里不仅没有被撞击的高温摧残，反而还堆积了撞击带来的大量磁性颗粒，从而形成了强磁场。
然而这些在月球正面又是另一番景象。月球正面的磁场并不集中在某个地方，而是散布在各个月海和高地的过渡带。这些地方的磁场虽然也是“化石”，但是比背面盆地中的磁场要强得多，这也得益于正面没有经历过南极-艾特肯盆地那样的超级撞击。
— 奇怪的月壤 —
除了“磁场化石”的分布不同，月球正背面月壤的磁性也有很大差别。
无论是当年“阿波罗”带回的月壤，还是先前“嫦娥五号”采集回来的样品，这些来自月球正面的月壤，磁性都极其微弱。然而，当人们拿到“嫦娥六号”从月球背面带回的月壤后，发现这里的月壤竟然和正面的月壤有着明显区别。
2025年7月，又一篇发表于《自然·通讯》杂志的文章中，研究人员通过对“嫦娥六号”带回的月壤进行分析后发现，相对于之前月球正面的月壤样品，背面月壤的磁性要强得多。
分析结果显示，月球背面月壤里的铁含量约为0.75%，而正面月壤的铁含量仅有0.3%~0.5%。更关键的是，背面月壤中的这些铁颗粒不是零散分布的，而是特别集中，有的甚至可以聚集成纳米乃至微米级的颗粒。
为什么背面的磁性颗粒这么多呢？目前认为主要有两大原因：首先，南极-艾特肯盆地在28亿年前曾有过火山活动，岩浆冷却形成的玄武岩里含有不少“贫镍的铁颗粒”。这些铁颗粒由于是岩浆结晶时直接生长出来的，形状规则，因此能够稳定记录当时月球的磁场。但是反观月球正面，这里的月壤由于更加古老，所以原生磁性颗粒也就更少。
其次，除了原生磁性颗粒，陨石撞击也会带来许多外来磁性颗粒。刚才说了，理论上月球背面比正面更容易遭受陨石撞击，比如南极-艾特肯盆地，它是月球上最大的撞击坑，自打43亿年前形成后，先后经历了“晚期重轰炸期”等一系列的陨石撞击。每次撞击，陨石里的铁镍成分就会和月球岩石混合，然后快速冷却形成“铁镍合金颗粒”。由于富含金属镍，这些颗粒相比纯铁颗粒来说磁性更稳定。
正是这些来源多样、特性各异的磁性矿物，最终使得月球背面的月壤比正面月壤有着更强的磁性。
说到这可以看出，这些年来，随着“嫦娥”系列任务的开展，尤其是借助“嫦娥6号”从月球背面带回来的样品，科学家们在月球研究方面取得了越来越多的科学突破，人们对月球的认识也越发深刻。未来，随着重返月球乃至月球基地的规划建设，人类对月球的探索必将更进一步。
Park, R.S., Berne, A., Konopliv, A.S. et al. Thermal asymmetry in the Moon's mantle inferred from monthly tidal response. Nature 641, 1188–1192 (2025).
He, H., Li, L., Hu, S. et al. Water abundance in the lunar farside mantle. Nature 643, 366–370 (2025).
Cai, S., Qi, K., Yang, S. et al. A reinforced lunar dynamo recorded by Chang'e-6 farside basalt. Nature 643, 361–365 (2025).
Li, J., Xing, L., Gong, Z. et al. Magnetic signatures and origins of ferromagnetic minerals in Chang'e-6 lunar farside soils. Nat Commun 16, 6218 (2025).
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