月亮如何自行翻轉

月球近側的重力梯度圖，其中顯示月幔傾覆產生的兩股含鈦鐵礦的累積下降流。
圖片來源：美國科學促進會網站

科技日報北京4月8日電 （記者張佳欣）大約45億年前，一顆小行星撞上了年輕的地球，將熔巖拋入太空。慢慢地，碎片融合、冷卻、凝固，形成了月球。據發表于8日《自然·地球科學》雜志的一項新研究，美國亞利桑那大學研究人員將對月球重力場的分析與其最早的演化模型結合起來，講述了月球從原始巖漿海洋凝固后發生內翻的故事，解決了圍繞月球“不平衡”地質的長期難題。這些發現對月球內部演化提供了重要見解，也為地球或火星等行星的演化提供了參考。

月球形成時速度極快且環境炎熱，它很可能被巖漿海洋所覆蓋。當熔巖逐漸冷卻凝固時，形成了月球的地幔和滿月時人們所看到的明亮地殼。但在表面更深的地方，月亮卻嚴重失衡。模型表明，巖漿海洋的最后殘渣結晶成了致密礦物，包括鈦鐵礦。

研究人員解釋說，由于這些重礦物比下面的地幔密度高，所以產生了重力不穩定。不知何故，在接下來數千年里，這些致密物質沉入了內部，與地幔混合，融化后又返回月球地表，也就是人們今天觀察到的富鈦熔巖。

那么，在月球地幔的重力翻轉過程中，鈦鐵礦是一點一點地沉沒，還是在月球完全凝固后一下子就沉沒了？是在全月球范圍內沉入內陸，然后在近側上升，還是先遷移到近側然后下沉？

新研究中，研究人員將富含鈦鐵礦的下沉層模擬與美國國家航空航天局（NASA）的GRAIL（重力恢復和內部結構實驗室）任務探測到的一系列線性重力異常進行了比較。

結果發現，GRAIL任務測量的重力特征與鈦鐵礦層模擬結果一致。正如GRAIL所揭示的，鈦鐵礦物質遷移到月球的近側，并以片狀瀑布的形式沉入月球內部，留下了導致月球重力場異常的痕跡。

研究團隊的觀察還給出了這次事件的時間：鈦鐵礦層在42.2億年前沉沒。

研究人員表示，這是首次有了展示月球演化關鍵階段的實物證據。模型和數據正確地結合在一起，揭示了關于月球地幔重力翻轉的秘密。