玻璃球揭示1.2亿年前月球曾经”火力满满“

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月球，作为地球唯一的天然卫星，一直以来都是人类探索宇宙的主要对象之一。从40多亿年前的形成至今，月球与地球共同经历了漫长的历史。然而，尽管两者之间距离不超过40万公里，月球与地球的地质活动却大相径庭。地球是一个充满活力的星球，这得益于其内部和外部的地质活动。内部的地质活动包括地震、火山喷发等，而外部则包括气象现象如台风、海啸等。然而，月球现今则几乎没有这样的活力显示。月球的地表缺乏明显的火山喷发现象，也几乎没有可探测的地震活动。由于没有大气层的保护，月球地表更是无法经历风化作用。因此，月球常被描述为一个无生命力的死气沉沉的星体，不适宜已知任何生命体的生存。

这种巨大差异的主要原因可以归结为月球和地球之间的大小和质量的不同。月球的体积和质量仅为地球的27%和1/81，因此月球内部所含有的放射性生热元素也相对较少。放射性生热元素，如铀(U)、钍(Th)和钾(K)，通过放射性衰变释放热量，从而为星体提供内部活力。对于质量较大的星球，这些生热元素的存量和释放过程使其维持较长时间的地质活力。例如，地球上的火山活动正是由于这些热源驱动的。而月球由于较小的质量，使得其内部热量在较短时间内散失，无法持续维持地质活动。

星球内部热量的来源主要有两方面：一是星球形成时遗留下来的初始热量，二是源自放射性元素的衰变。这些热量使得星球内部保持高温，并支撑相应的地质活动。在一个星体中，保持内部热量时间的长短受如下几个因素影响：

一是星球大小：较大的星球因其体积足够大，从而可以较长时间地保持内部热量。

二是组成材料：富含放射性元素的星球在其衰变过程中产生热量，使得热量保持时间延长。

三是地质活动：星球上活跃的地质活动会促进内部热量的产生和维持。

四是隔热层：如星球表面存在大气层，可以有效减缓热量的散失。

五是初始热量：星球在形成时积累较多初始热量，可在历史长河中持续提供热量支持。

基于以上认识，早期的科学模型预测月球的火山活动早已在大约30亿年前停止。自20世纪60年代，美国阿波罗计划及前苏联的月球号任务，共返回了9批月球样品。这些样品所测得的岩石年龄几乎均大于30亿年，支持了月球火山活动在遥远的过去已然结束的假设。

然而，2021年，中国嫦娥五号任务带回的月壤样品中的玄武岩碎屑显示，月球在约20亿年前仍然活跃，这一发现将月球的地质生命期延长了约10亿年，对传统月球演化模型提出了挑战。最新的科学分析更是识别出在距今1.2亿年的月壤样品中存在极年轻的火山玻璃珠，揭示了月球在那时仍具有地质活力。火山玻璃珠是月球火山活动存续的直接证据。它们是在月球下方储存的气化熔岩中形成，经过猛烈爆炸喷出地表并迅速冷却所成。

为了识别这些看似微不足道的火山玻璃珠，中国科学院的研究人员在3克的嫦娥五号月壤样品中对3000颗玻璃珠进行了细致分析。通过排除曾遭受冲击事件形变的玻璃珠，再结合主要元素分析与微量元素分析的方法，研究者精准筛选出最有可能真正源自火山活动的玻璃珠。然而，即便这些高概率的火山玻璃珠通过了各项科学筛选，进一步的硫同位素特征分析也仍是必要的，以确保其确凿的火山成因。

科学家发现，火山玻璃珠所显示的硫同位素特征，明显不同于撞击玻璃珠所呈现的特征，这为确认月球在1.2亿年前的火山活动提供了关键证据。这不仅挑战了我们对于月球“死亡”时间的预估，也为月球内部结构复杂性提供了新的视角。

月球内部在如此近的地质历史上仍进行着火山活动暗示着，月球可能包含未被了解的能源保留机制，或者其内部结构比以往理解的更复杂。特别是寄托于KREEP（K：钾，REE：稀土元素，P：磷）这些富含放射性元素的成分，可能在局部环境中引发局地热异常与部分熔融过程，从而引发火山活动。

未来，进一步的地质样本分析与更加密集的月球探测任务，将有助于澄清这些年轻火山现象的产生原因和机理。比如，这些KREEP成分是源自uranium-rich KREEP电子级的残余物，还是从滞留于月幔中的高程度演化岩浆中来？或许，下一波的探测任务将揭开这些谜团。

这也同时提示我们，应重新思考其他行星及其卫星上的地质活动，尤其是在探寻地外生命潜在栖息条件方面。月球上的这一发现，让我们对宇宙中“死星球”概念的界定更具挑战性，同时也提升了我们对如何寻找巨变型活动星球的置信度。

最后，虽然科学家们已在解开这些月球演化谜团上取得了一些进展，但新发现往往伴随新疑问。这促使我们继续深入研究月球的内部构造与地质演变，以期更好理解我们的宇宙邻居。

本文为科普中国·创作培育计划扶持作品
作者：肖龙 中国地质大学教授

审核：周炳红 中国科学院国家空间科学中心 研究员

出品：中国科协科普部

监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司