印度月球“探矿”：铁、镁含量不同揭示月球确实曾有岩浆海洋

摘要： ...

印度“月船3号”在月球高纬度地区进行“探矿”，其发回的数据分析表明：这里存在古代岩浆洋的遗迹，相关成果于北京时间8月21日23时在权威科学期刊《自然》（Nature）上发表。

这是人类首次对月球南极高地化学成分进行的原位测量，提供了第一个在几十米范围内密集采样的测量结果，可在全面了解月球的起源和演化方面发挥关键作用。

月球岩浆洋（LMO, the Lunar Magma Ocean）假说是学界普遍接受的月球起源假说之一。该假说认为，月球早期曾发生了全球性熔融，形成了深达几百公里的岩浆洋。随着岩浆洋冷却，密度较低的含铁斜长岩浮到了月球表面，较重的矿物则下沉形成月幔。这个假说可被推广至地球、火星以及其他天体，成为解释太阳系类地行星演化的一个重要假说。

然而，这一假说尚未得到充分验证，也曾遭到从月球带回的样本分析的质疑。过去对月球地质的研究依赖于月球中纬度地区任务采集的样本。阿波罗16号、月球20号和嫦娥4号任务收集的样品精确地测量了月球赤道到中纬度地区表层的化学成分，但采样相对稀疏。对月球高纬度地区的测量始终缺失。

印度月船3号的Pragyan月球车首次在月球南部高纬度地区进行α粒子X射线光谱仪（APXS）实验，利用光谱仪检测月球月壤的元素组成，沿着月球表面103米长的路径上的不同位置进行了23次测量。Chandrayaan-3 APXS观测提供了第一个在几十米范围内密集采样的测量结果，只有少数几个月球高地风化层的地点才有类似精度的成分测量。

论文作者Santosh Vadawale和同事对Pragyan月球车测量结果的分析显示，月球南极洲高地风化层具有实质性空间均匀性。APXS测量表明，登陆器周围的月壤由相对统一的元素组成，主要为含铁斜长岩，这是月球岩浆海（LMO）结晶的产物，表明维克拉姆登陆点的成分与月球岩浆洋假说一致。

月船3号着陆地和APXS观测点。

作者指出，月球南极的成分测量结果介于阿波罗16号和月球20号任务从月球赤道区域采集的样本之间。这些地理距离遥远的样本中月球土壤化学成分的相似性，证实了月球岩浆洋假说的一个关键预测：月球的化学演化始于岩浆洋凝固的分化。

此外，在月球岩浆海假说前提下月球地壳形成的不同可能情景中，APXS测量结果支持分层地壳形成模型，认为月球的上地壳由约80%-90%的铁斜长岩组成，下地壳则富含含镁矿物，如橄榄石和辉石。

APXS光谱和测得的月球元素丰度。

此研究首次对高纬度月球高地的化学成分进行原位测量，对于评估月球陨石的来源、陨石坑配对意义重大。更重要的是，APXS测量观测到的实质性空间均匀性使该区域成为遥感观测的独特校准点，对规划未来月球高地的飞行任务具有重要意义。 

“月船3号”探测器为印度空间研究组织（ISRO）设计，于2023年7月发射升空。其携带的维克拉姆（Vikram）着陆器高约2米，重约1700公斤，包含26公斤重的Pragyan月球车，于同年8月在月球南极成功实现软着陆。维克拉姆着陆器在展开探测的两周内取得一系列重要发现，如发现在月球极点附近旋转的稀薄的离子和电子混合物、疑似观测到月震，证实南极附近的月球表面存在硫等，多个研究发现曾登上Nature期刊。