作為美國宇航局阿耳忒彌斯計劃的一部分，當宇航員在未來幾年降落在月球南極附近時，他們可能會發現有關月球起源的令人難以置信的線索。這種可能性來自杰弗裡·安德魯斯·漢納領導的新研究。亞利桑那大學行星科學家
該研究於 10 月 8 日發表。 自然清晰地描繪了月球早期的暴力歷史。它還可以揭示月球科學中一個長期存在的謎團：為什麼月球的背面佈滿瞭如此嚴重的隕石坑？與此同時，在 1960 年代和 1970 年代舉辦阿波羅登陸的近側相對平穩。
大約43億年前，當太陽系還很小的時候，一顆巨大的小行星撞上了月球的背面。這次巨大的撞擊形成了南極-艾特肯盆地 (SPA)，這是一個南北長約 1,200 英里、東西長約 1,000 英里的巨大隕石坑。細長的橢圓形表明小行星以一定角度撞擊，而不是相撞。
當將 SPA 與太陽系中其他巨型墜機地點進行比較時，安德魯斯-漢納的團隊發現了一致的模式。這些巨大的彈坑在襲擊者移動的方向上逐漸變窄。形成類似於淚滴或鱷梨的形狀。這與之前關於小行星來自南方的假設相反。分析表明，斯帕盆地正在向南移動。這意味著這顆小行星很可能來自北方。研究人員表示，南部邊緣或下邊緣應該被埋在一層厚厚的碎片下。同時，北側（即頂部邊緣）的這種物質應該較少。
“這意味著阿耳忒彌斯任務將降落在盆地的底部邊緣。這是研究月球上最大、最古老的撞擊盆地的最佳地點。大部分從月球內部深處噴射出來的物質應該已經堆積起來，”他說。
南北碰撞的進一步證據來自對月球地形的研究。地殼厚度和表面化學這些線索不僅強化了小行星北部起源的證據，而且還證實了小行星的起源。但它也揭示了有關月球內部結構及其隨時間演變的新細節。
長期以來，科學家們一直認為，早期的月球曾經完全融化，在冷卻時形成了全球性的“岩漿海洋”。緻密的礦物質下沉形成地幔。然而，雖然較輕的礦物漂浮到頂部形成地殼，但一些元素並沒有整齊地融入這些堅硬的層中並積聚在最終的熔融材料中。剩下的成分包括鉀、稀土元素和磷，統稱為“KREEP”，其中“K”代表鉀的化學符號。安德魯斯-漢納指出，這些元素異常集中在月球的近側。
“如果你曾經把一罐蘇打水放在冰箱裡，你可能會注意到，當水開始結冰時。高果糖玉米糖漿最大限度地抵抗結冰。相反，它濃縮在最後的液體中，”他說。 “我們認為 KEEP 在月球上也發生過類似的事情。”
經過數百萬年的冷卻，岩漿海洋逐漸凝固成地殼和地幔。 “最終你會發現地幔和地殼之間只剩下一點點液體。那是非常克里普的物質，”他說。
安德魯斯-漢納說，富含克里普的物質和產熱元素都聚集在月球的近側。這導致月球升溫並引發強烈的火山活動，形成了黑暗的火山平原，使月球熟悉的“面孔”從地球上可見。然而，富含克里普物質最終出現在近側的原因以及該物質如何隨著時間的推移而演變。仍然是個謎
“月球遠側的地殼比面向地球的近側厚得多。這種不對稱性至今仍讓科學家們感到困惑。這種不對稱性影響著月球演化的各個方面，包括岩漿海洋的最新階段，”安德魯斯-漢納說。
“我們的理論是，當遠側地殼變厚時，下面的岩漿海洋被擠出到一側。這就像從管子裡擠出牙膏一樣。直到大部分最終到達近側，”他說。
對 SPA 隕石坑的一項新研究揭示了其周圍顯著且意想不到的不對稱性。該盆地當然支持這種情況：西部噴射層富含放射性釷。但不是在東邊。這表明，撞擊引起的切口在月球表面的邊界處形成了一個窗口，將富含克里普岩漿海洋殘餘物下方的地殼與“正常”地殼分開。
安德魯斯-漢納說：“我們的研究表明，這些材料的分佈和成分與我們通過模擬岩漿海洋演化的最新階段獲得的預測相符。”月球岩漿海洋的最後殘餘物最終出現在近側。這是我們看到放射性元素濃度最高的地方。但在前一個時期，遠側下方可能有一層薄薄的、不規則的岩漿海洋層。這解釋了 SPA 撞擊盆地一側的放射性噴射。 ”
圍繞月球最早歷史的許多謎團仍然存在。當宇航員將樣本帶回地球時，研究人員希望找到更多謎題。由像本研究中使用的那樣的軌道航天器收集的遙感數據。它為研究人員提供了有關月球表面組成的基本概念。據安德魯斯-漢納介紹，釷是富含克里普材料的關鍵元素，很容易被看到。但對組件進行更詳細的分析將起到更重要的作用。
“這些樣本將由世界各地的科學家進行分析。包括亞利桑那大學，我們擁有專門為此類分析而設計的最先進的設施，”他說。
“有了阿耳忒彌斯，我們將在這個世界上研究一些例子。”他說，“我們將確切地知道它們是什麼。我們的研究表明，這些樣本可能揭示出比以前想像的更多的關於月球早期演化的信息。”
