嫦娥六号月背岩石表明，地球潮汐可能把月壳推向了月球背面

抬头望向满月，你看到的那些暗色斑块其实是古老的熔岩平原，这是人类自诞生以来就一直凝望的那张熟悉面孔。而那个永远不朝向我们的半球，看上去却像另一个世界：颜色浅淡，撞击坑密布，几乎没有暗色平原，还包裹着一层厚得多的月壳。一台中国着陆器从这个隐秘一侧铲回的岩石如今表明，这种分野或许是地球造成的：地球的潮汐热把年轻月球上漂浮的月壳推向了背面。

这一发现直指月球科学中最古老的谜题之一的根源，而且依据的是人类首次用两个半球的真实岩石所做的对比。南京大学和中国科学院的研究人员将月背碎屑与正面样品逐层比对，从深部内部一直到表面。他们得出的答案是：月球在月壳以及远古岩浆洋的最后残余上是不对称的，但下方的月幔并非如此。

月背样品来自嫦娥六号。它降落在广阔的南极-艾特肯盆地内的阿波罗撞击坑，带回了1935.3克月壤和岩石。在此之前，实验室里的每一份月球样品，从阿波罗和月球号任务到中国的嫦娥五号，都来自我们能看到的那一面。这项发表在National Science Review上的新研究，通过从月壤中挑出的细小岩石碎屑来解读月背的历史。

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研究人员如何解读月背岩石

研究团队检查了分配到的一份嫦娥六号月壤，识别出47块被称为岩屑的岩石碎块：其中37块来自高地月壳，10块是月海玄武岩，也就是覆盖月球正面的那种暗色火山岩。他们对每块岩屑的结构进行了三维成像，测定了其中矿物的化学成分，并利用铀衰变为铅的过程测定了玄武岩的年龄。

每种岩石都代表着月球的不同层位。玄武岩形成于月幔的部分熔融，因此会把月幔的化学指纹带到表面。斜长岩是一种几乎完全由斜长石组成的浅色岩石，是原始月壳的物质：新生月球冷却时，它从覆盖全球的熔融岩石海洋中浮到顶部。第三类岩石Mg-suite（镁质岩套）形成于熔融的月幔物质侵入月壳之处，因此记录了这两层之间的相互作用。

对比的标尺是月球正面的记录：几十年来对阿波罗岩石的测量，以及嫦娥五号从风暴洋带回的玄武岩。研究人员还将自己的数据与两个半球的轨道探测图进行比对，以此检验来自同一个撞击坑的少量碎屑是否能代表月背高地的典型面貌。

月幔相同，月壳迥异

第一个意外来自玄武岩。它们是约28.1亿年前的低钛玄武岩，其微量元素和同位素特征与阿波罗宇航员采集的低钛玄武岩的月幔源区相吻合。它们的源区具有迄今所有返回月球玄武岩中最低的铀铅比之一，但仍与正面的“近亲”们处在同一条化学演化路径上。

Mg-suite岩石从另一个角度讲述了同样的故事。它们的镁值，即反映其来源月幔物质的镁铁比，在月球两侧都在约79处达到峰值，中位数同为78.0。如果深部内部分裂成了两个不同的半边，这些数值理应不同。但事实并非如此。

月壳则是另一回事。月背斜长岩中辉石晶体的镁值峰值约为67，而从轨道上观测到的正面高地约为55；与阿波罗斜长岩相比，这一差距在统计上依然成立，中位数分别为66.4和63.0。月背的Mg-suite岩石还明显贫乏KREEP，这是一种富含钾、稀土元素和磷的残余物质，集中分布在月球正面之下。一般认为，典型的阿波罗Mg-suite岩石按重量计含有10%至25%的这种物质。

地球如何塑造了月球背面

该模型的起点是一个被岩浆洋覆盖的月球。岩浆洋最初均匀冷却，沉积出月幔晶体和一层均一的早期月壳。月球形成约2000万年后被潮汐锁定，始终以同一面朝向当时距离近得多的地球。此后，潮汐对正面的加热强于背面，这种温差促使残余岩浆在月壳下方横向流动。作者估计，这种环流可能持续了约2亿年。

由于年轻的月壳仍然柔软，这股流动能够拖动它。富镁的早期斜长岩板块被带向背面并在那里堆积，这既能解释背面较高的镁值，也能解释其更厚的月壳。而最后、演化程度最高、富含钛和KREEP的熔体则流向另一侧，汇聚在正面之下。这些残余物质后来成为大规模熔岩喷发的源头，熔岩覆盖了我们所见半球约31%的面积，而在背面只覆盖约1%。

这种热量差异似乎一直延续了下来。对月球在地球每月潮汐作用下形变程度的测量，结合玄武岩的结晶温度，表明月背月幔比正面低约100至200开尔文。该模型甚至为南极-艾特肯盆地的椭圆形轮廓提供了新解释：它并非源于一次斜向撞击，而可能是漂移的月壳把一个原本圆形的盆地拉长了。

岩石尚未回答的问题

作者将他们的设想定位为“一个合理且自洽的解释”，而非定论。所有月背证据都来自同一个着陆点，团队也承认这些岩屑“可能无法代表整个月球背面”，并且无法完全排除采样偏差。月背月壳较高的镁值与模型相符，但论文指出，这种吻合“并不能为该现象提供唯一的解释”。

KREEP信号同样悬而未决。月背Mg-suite中KREEP含量低，可能意味着这一层在背面确实很薄，也可能意味着这些岩石的形成途径根本不需要KREEP，还可能只是因为这一层在整个月球上分布本就零散。作者写道，目前的嫦娥六号数据集无法在这些可能性之间作出判断，模型中的不对称层状结构“需要更多月背样品加以验证”。

与之竞争的解释仍然存在：一次重新分配物质的大撞击、月壳的不均匀生长，以及一颗与月球合并的较小伴生卫星带来的额外热量。这项研究的贡献在于提出了一个它们如今都必须满足的约束条件：两面之下的月幔在化学上相似。

关于月球背面的常见问题

月球背面为什么和正面差别这么大？

月球正面覆盖着暗色、平坦的玄武岩平原，而背面几乎全是明亮、布满撞击坑的高地，月壳也更厚。嫦娥六号研究提出，地球的潮汐热在年轻月球的岩浆洋中驱动了横向流动，把月壳堆积到背面，并把形成熔岩的物质推向正面。

月球背面是不是一直是黑的？

不是。月球背面接收到的阳光和正面一样多，它之所以从地球上看不到，只是因为月球被潮汐锁定，始终以同一面朝向我们。新月时，月球背面完全被阳光照亮。

嫦娥六号从月球带回了什么？

2024年6月，中国嫦娥六号从南极-艾特肯盆地内的阿波罗撞击坑带回了1935.3克月壤和岩石。这是人类首次从月球背面采集的样品。

月球为什么总是以同一面对着地球？

地球引力在年轻月球上引起了潮汐隆起，潮汐摩擦使月球自转逐渐减慢，直到自转一周与公转一周的时间相同。南京大学团队的模型认为，这发生在月球形成约2000万年后，当时地球距离月球近得多，潮汐加热也强烈得多。

该论文于2026年7月13日在National Science Review在线发表，Science China Press于10月14日发布了研究概要。作者认为，任何一面始终朝向其主天体的星球，都可能被同样的横向对流塑造，这或许也有助于解释木星卫星木卫二（欧罗巴）和土星卫星土卫六（泰坦）冰壳厚度不均的现象。就月球本身而言，检验这一模型需要更多月背岩石，而中国的下一次探月任务嫦娥七号的目的地是南极而非背面，并且已经错过了2026年的发射窗口。

参考文献：Gu et al., “Lunar farside-nearside asymmetry formation during magma ocean solidification,” National Science Review, 2026. DOI: 10.1093/nsr/nwag424

标签: 天文学, 月球, 行星科学, Chang'e-6, Nanjing University, National Science Review

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