嫦娥六號(hào)成功著陸月背！古老的月球背面藏了什么秘密
從2024年5月3日開(kāi)始，一直到六月底，月球注定會(huì)吸引全世界的關(guān)注。繼嫦娥四號(hào)實(shí)現(xiàn)了人類首次登陸月球背面，嫦娥五號(hào)實(shí)現(xiàn)成功中國(guó)首次月球采樣返回任務(wù)之后，嫦娥六號(hào)也將實(shí)施人類首次月球背面采樣返回任務(wù)。
今天早上6時(shí)23分，嫦娥六號(hào)著陸器和上升器組合體在鵲橋二號(hào)中繼星支持下，成功著陸在月球背面南極-艾特肯盆地預(yù)選著陸區(qū)，后續(xù)將完成月球背面鏟取、鉆取采樣任務(wù)，只要一切順利，嫦娥六號(hào)將帶著月球樣品起飛，六月底就會(huì)安全回家。
嫦娥二號(hào) CCD影像圖中的南極-艾肯盆地區(qū)域。
那么，為什么嫦娥六號(hào)選擇阿波羅盆地作為著陸區(qū)？阿波羅盆地里有什么值得我們?nèi)绱舜筚M(fèi)周章地進(jìn)行探索？要回答這些問(wèn)題，我們需要首先搞清楚阿波羅盆地在哪里。
阿波羅盆地在哪里？
由于月球被地球潮汐鎖定，所以月球當(dāng)前僅有一側(cè)面向地球，其中面向地球一面稱為月球正面（Lunar near side），背向地球一側(cè)稱為月球背面（Lunar far side）。阿波羅盆地就是一個(gè)位于月球背面“南極-艾肯盆地”內(nèi)部的盆地。
嫦娥六號(hào)發(fā)射當(dāng)天，有媒體在采訪中提到的“南極-艾特肯盆地”位于月球背面，是月球已知最大，最古老的撞擊盆地，不過(guò)其在中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所等單位聯(lián)合繪制的月球地質(zhì)圖中規(guī)范名稱是“南極-艾肯盆地（South Pole–Aitken Basin），”故本文統(tǒng)一稱為“南極-艾肯盆地”。
早在 2018~2023年的一系列討論中，嫦娥六號(hào)預(yù)選著陸區(qū)就暫定為南極-艾肯盆地，并進(jìn)一步細(xì)化為阿波羅盆地的南部邊緣。
月球儀上的阿波羅盆地，手指位置為嫦娥六號(hào)預(yù)選著陸區(qū)附近。月球儀根據(jù)中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所等單位聯(lián)合繪制的 1:250萬(wàn)月球地質(zhì)圖制作，直徑約 1.55米。圖片來(lái)源：作者拍攝
阿波羅盆地就位于南極-艾肯盆地內(nèi)部的東北部，是一個(gè)多環(huán)撞擊盆地，直徑約 500km，在嫦娥二號(hào)全月影像圖中非常醒目；而南極-艾肯盆地直徑約 2500~3000km，由于過(guò)于巨大，且形成后經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的撞擊、外來(lái)濺射物覆蓋等侵蝕作用，其在影像上肉眼較難識(shí)別，需要月球高程、地形數(shù)據(jù)才能識(shí)別。
月球南極-艾肯盆地、阿波羅盆地、嫦娥六號(hào)著陸區(qū)、長(zhǎng)白山位置關(guān)系圖，可以見(jiàn)到南極-艾肯盆地并不顯眼。
月球背面南極-艾肯盆地假彩色高程圖。
嫦娥六號(hào)要在阿波羅盆地
尋找什么？
簡(jiǎn)要來(lái)說(shuō)，嫦娥六號(hào)在阿波羅盆地的主要任務(wù)包括：尋找新礦物、尋找月球深部物質(zhì)、尋找古老礦物、研究蘇長(zhǎng)巖、尋找名義含水礦物、尋找高壓礦物等。
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尋找新礦物和巖石
如果一種礦物的構(gòu)成元素比例，微觀結(jié)構(gòu)，至少其一與其他已知礦物都不同，就有機(jī)會(huì)被認(rèn)定為新礦物。但是新礦物一般尺寸微小，容易與已知礦物混淆，需要極端的溫壓條件或特殊的化學(xué)條件形成，而不是隨處可尋。但在嫦娥五號(hào)樣品中，我們就發(fā)現(xiàn)了至少三種新礦物，七種不同的巖石。
正如地球上不同地方的巖石、土壤的成分并不一致一樣，月壤、月巖也存在不均一性，甚至單次采樣返回的不同樣品之間也是如此，因此嫦娥六號(hào)的登月活動(dòng)就有極大可能發(fā)現(xiàn)更多新的礦物和巖石。
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尋找月球深部物質(zhì)
正如前文提到的，阿波羅盆地是南極-艾肯盆地內(nèi)部東北側(cè)的撞擊盆地，而南極-艾肯盆地是月球已知最大，最古老的撞擊盆地。通俗講，因?yàn)榘⒉_盆地是個(gè)多次撞擊形成的“盆中之盆”，所以可能是月殼最薄的位置之一。
阿波羅盆地區(qū)域高程與月殼厚度。
一些理論認(rèn)為，形成南極-艾肯盆地的撞擊事件可能挖掘出了月幔物質(zhì)。然而，也有人提出，即使盆地挖掘出了月幔物質(zhì)，由于在撞擊過(guò)程中月幔物質(zhì)可能會(huì)經(jīng)歷熔化-冷凝的過(guò)程，導(dǎo)致不同化學(xué)成分的礦物和巖石被分離開(kāi)——這個(gè)過(guò)程被稱為熔融分異。
熔融分異可能會(huì)使識(shí)別變得困難，或者在形成之后被更晚期的撞擊出現(xiàn)的濺射物混合、掩埋而難以被遙感發(fā)現(xiàn)。因此嫦娥六號(hào)有可能在阿波羅盆地中發(fā)現(xiàn)這些來(lái)自月幔的深部物質(zhì)，對(duì)我們理解月球深部結(jié)構(gòu)和月球的起源和演化起到重要作用。
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尋找古老物質(zhì)
根據(jù)近期正式出版的 1:250萬(wàn)月球地質(zhì)圖，將月球地質(zhì)年代劃分為“三宙六紀(jì)”。南極-艾肯盆地形成于月球巖漿洋大部分固結(jié)，月球初步形成固體月殼的時(shí)代，代表月球艾肯紀(jì)的開(kāi)始。又根據(jù)撞擊坑統(tǒng)計(jì)定年，南極-艾肯盆地一帶年齡約 42億年，可能分布有月表最古老的巖石，但這個(gè)數(shù)值需要實(shí)際樣品修正。
之前嫦娥五號(hào)采集的樣品包括月球已知最年輕（約 20億年）的巖石之一，嫦娥六號(hào)的一個(gè)關(guān)鍵任務(wù)則是盡量采集古老的月球巖石和可定年的礦物（包括鋯石、斜鋯石、磷灰石等）。
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揭開(kāi)蘇長(zhǎng)巖成因之謎
根據(jù)近期正式出版的 1:250萬(wàn)月球巖石類型分布圖，南極-艾肯盆地內(nèi)部的主要巖石類型為蘇長(zhǎng)巖。蘇長(zhǎng)巖在過(guò)去美國(guó)阿波羅、蘇聯(lián) LUNA、嫦娥五號(hào)的月球樣品都極少發(fā)現(xiàn)，由于蘇長(zhǎng)巖成因有多解性，既有可能是下月殼、月幔等深部物質(zhì)，又有可能是大規(guī)模巖漿房分異（是指地球內(nèi)部巨大的巖漿體在冷卻過(guò)程中，其中的化學(xué)成分被分離成不同的層次或部分），還有可能是撞擊熔融物分異。
采集阿波羅盆地的蘇長(zhǎng)巖，有助于解決蘇長(zhǎng)巖成因之謎，從而幫我們研究阿波羅盆地的演化歷史。
1:250萬(wàn)月球巖石類型分布圖。
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尋找名義含水礦物
因?yàn)樵虑虮坏厍虺毕i定，所以有一面恒定朝向地球（此面一般稱為正面），會(huì)受到“地球風(fēng)”影響，相對(duì)富氧、富水。而實(shí)際上根據(jù)遙感光譜研究，月球背面雖然不如正面富氧、富水，但也存在少量富氧、富水區(qū)域，甚至發(fā)現(xiàn)了赤鐵礦等名義含水礦物（指在其化學(xué)式中包含水分子，但實(shí)際上并不以液態(tài)水的形式存在，而是以水合物或羥基等形式存在的礦物），而過(guò)去阿波羅樣品里曾零星地發(fā)現(xiàn)四方纖鐵礦、角閃石等名義含水礦物，其成因均不明確。
嫦娥六號(hào)如果采集到名義含水礦物，或者樣品包含特殊的水賦存狀態(tài)，將是非同尋常的突破。
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尋找高壓礦物
阿波羅盆地既是撞擊盆地，又是深部物質(zhì)潛在出露區(qū)，無(wú)論大規(guī)模撞擊還是月球深部高壓，都是形成高壓礦物的有利條件。月球表面遭受頻繁的撞擊作用，有利于指示高壓的礦物形成，過(guò)去的樣品中已發(fā)現(xiàn)熔長(zhǎng)石、鈣硬玉、賽石英、雷鋯石等高壓礦物，但是在理論上月幔中可能存在的石榴石等高壓礦物發(fā)現(xiàn)極少，因此這個(gè)理論模型需要實(shí)際樣品修正。
嫦娥六號(hào)著陸月球模擬圖。圖片來(lái)源：央視新聞、國(guó)家航天局
除了以上研究任務(wù)之外，一些需要借助嫦娥六號(hào)的熱門(mén)研究主題還包括：空間風(fēng)化特征，月塵電磁學(xué)性質(zhì)，月壤成熟度新指標(biāo)，原位資源利用方案等。
嫦娥六號(hào)任務(wù)不但是人類首次月球背面采樣返回任務(wù)，而且嫦娥六號(hào)選擇南極-艾肯盆地中的阿波羅盆地這一盆中之盆采樣，為的就是盡可能采到與過(guò)去美國(guó)阿波羅系列、蘇聯(lián) LUNA系列、中國(guó)嫦娥五號(hào)不同的樣品，從而幫助我們更全面地研究月球。
