月亮真的“生锈”了吗？月球古老的“岩心”蕴

科学家最近在嫦娥六号从月球背面带回的月球土壤中发现了月球“铁锈”的证据——微米大小的赤铁矿和磁赤铁矿晶体。你知道，这不是普通的铁锈。这彻底改变了我们对干燥和缺氧的认识。这也为长期困扰科学界的月球磁异常成因提供了新的解释。月球古老的“岩芯”记录着地质奥秘。在地球上，钢铁产品暴露在潮湿的空气中就会生锈。本质上，金属铁原子与氧原子结合形成氧化铁。相比之下，世界上的铁矿石通常以铁矿石的形式存在。冶炼过程导致铁氧化物失去氧原子并产生金属铁。简单地说，氧化还原反应是原子获得或失去电子的化学反应。在宇宙中，天空表面的大气是否容易发生“氧化”或“还原”，深刻影响着地质演化执行。以月球为例，氧化还原反应是隐藏在月壤中的“化学日记”，记录了月球自形成以来所经历的内外动态地质过程。通过分析矿物矿物的氧化还原态，我们可以推演月球早期形成和演化过程中发生的物质变化过程，为我们解释月球地质和环境演化历史提供关键线索。这样的研究也具有重要的现实意义。到目前为止，国内外的劳力月球根任务都贯彻了利用就地资源的理念。对月球表面发生的氧化还原反应的研究将有助于确定月球表面可用氧气的来源，减少宇航员在月球工作期间对由氧气组成的物质的向上压力。长期以来，科学界普遍认为月球是一颗行星没有“呼吸”。与受到大气层保护的地球不同，月球直接暴露在太阳风中，太阳风中的氢大量还原，因此月球表面的大气表现出很强的还原性。对月球岩浆形成的岩石样品的分析也表明，铁在岩石矿物中主要以金属铁或二价铁的形式存在，很难氧化而形成铁锈。尽管“强还原卫星”的想法根深蒂固，但一些科学家还是从证据的暗示中瞥见了新的答案。例如，月球矿物测绘仪的月球观测数据表明，赤铁矿可能广泛分布在月球高纬度地区；中国科学家在研究嫦娥五号月球样本时，在撞击形成的玻璃中发现了少量的磁铁矿和极少量的三价铁离子……这些线索似乎表明，可能存在着未知的氧化过程给月球当地的人们。然而，遥感数据和月球周围的局部分析只是间接线索。科学家尚未在月球样本中找到确凿的、结晶良好的直接证据，证明存在全三价铁矿物（例如赤铁矿）。如果没有这些物理证据，我们就无法回答确切的问题：月球上的矿物能否完全形成？如果是这样，这个过程是如何发生的？嫦娥六号任务为解决这一问题提供了契机。嫦娥六号着陆的月球南极-艾特肯盆地是月球上最大、最古老的撞击坑，也是太阳系最大的撞击坑。坑之一。形成盆地的撞击事件不仅可能穿透月壳，挖掘并喷射出月球深部甚至月幔的物质，还可能因尺度的剧烈程度而产生完全不同的物质转化过程。通过采样，可以得到旧的月球最古老、最特殊的“历史核心”，对于了解月球的形成和早期演化具有不可替代的价值，也为发现月球氧化过程打开了一扇独特的窗口。一粒月球尘埃就能解开月球“锈”之谜。过去，科学家利用卫星遥感数据和实验室模拟测试认为，月球“生锈”可能是地球高层大气中的氧气“炸”到月球表面，与月壤中的含铁矿物质发生反应产生铁锈所致。但根据离子能量计算，土壤空气中的氧离子对含铁矿物的渗透深度通常小于100纳米，因此微米级赤铁矿相的形成不能归因于土壤空气对含铁矿物的辐照。此时，山东大学、地球化学研究所组成的联合团队中国科学院院士、云南大学对嫦娥六号月球样本进行深入研究，最终找到了月球锈迹的主要物证，解开了月球氧化之谜。通过电子显微镜等技术，联合团队发现月壤中赤铁矿颗粒的直径只有人类头发直径的十分之几。它们覆盖了硫铁矿矿物的表面，并完全包裹在撞击形成的富硅玻璃中。研究人员利用扫描电子显微镜观察这些矿物的微观形貌，发现铁氧化物呈现出清晰的层状结构。利用拉曼光谱、电子能谱和X射线能谱等三台高精度“化学成分分析仪”，研究小组确定该晶体由铁和氧组成，不含其他元素。综合各方面的结果，例如通过对主要铁元素的元素元素、晶体结构和价态的分析，联合团队最终确定嫦娥六号月球背面样品中存在结晶良好的微米级赤铁矿和镁铁矿。那么，新发现的铁锈是如何发生的呢？根据赤铁矿样品的产状和成分特征，联合团队描绘了一幅生动的新图景：数十亿年前，一颗小行星猛烈撞击月球背面，形成3000℃以上的极高温度，使月球表面的硅酸盐矿物、矿物氧化物等立即蒸发，形成短暂的、局部丰富的氧气。在这个气体云区域的边缘，高温导致硫铁矿石中的元素硫逸出，“游离”铁原子与气体云中的氧在高温下结合形成氧化铁。随着气体云逐渐冷却，这些铁氧化物慢慢沉积在赤铁矿晶体作为水蒸气与霜结合。这一新发现表明，月球表面并不是一个完全还原的环境，在某些条件下可以形成高度氧化的矿物。这也让我们认识到，大规模撞击事件就像宇宙中强大的“空间化学反应堆”，能够引发局部强氧化性大气的主要机制，也是月球“氧化”和月表化学多样性的原因之一。为打破月球磁异常提供了线索。这一新发现不仅回答了月球为何“生锈”的问题，还为揭开另一个月球之谜——月球磁异常提供了重要线索。月球磁异常是指月球表面某些局部区域磁场强度明显高于周围平均水平的特殊现象。这种现象在月球表面分布广泛且分散，且有no 与月球高地和玛丽亚等主要地质特征有明确的对应关系。其最壮观的表现之一是“月球涡旋”，其中位于月球大洋洲坎鲁朗部分的莱纳伽玛涡旋就是一个典型的例子。通过望远镜观察，它是一个明亮的漩涡状斑点，外观类似于月球表面点缀的陨石坑。不过，月面高程数据显示，这一地区并不存在起伏的地形，而是一片平坦的“平原”。目前的科学解释是，月球土壤在太阳风的长期影响下会变得越来越暗，并且在“月球涡旋”下方存在较强的磁异常区域。它产生的微磁层可以排斥太阳风粒子，保护该地区的月球土壤免受太阳风辐射，从而保持更明亮的外观。值得注意的是，嫦娥四号探测到月球背面存在微磁层。在20世纪70年代，科学家通过分析月球岩石样本发现月球具有较强的全球磁场。大约在42.5亿至35.6亿年前，月球偶极子磁场的强度可能已达到数十微特斯拉，甚至超过了目前地球磁场的强度（约30微特斯拉）。然而，月球遥感探测结果却得出了“截然不同”的结论：月球目前不仅不存在像地球那样的全球性偶极子磁场，而且大部分地区的磁场都小于1纳特斯拉。但南极-艾特肯盆地北缘等地区存在着与地面相比相对较弱的局部磁性，磁场强度可达数百纳特斯拉。为什么月球磁场不正常？过去，MGA科学家认为，在月球的早期历史中，月球内部可能存在一个活跃的“磁发生器”，它可以快速移动d 就像地球熔化的外核一样产生全球磁场。月球磁异常是远古磁场磁化并冷却熔岩后形成的月球远古磁场的化石记录。然而，这项研究表明，在硫铁矿转化为赤铁矿的过程中，必须形成中间产物 - mag -science。与磁赤铁矿一样，它是一种潜在的磁铁，可以将矿物带到月球表面。这一发现对于磁异常的形成和演化具有重要意义。研究表明，大的撞击事件可以在温度较低、氧含量较低的地区通过不充分的氧化反应产生磁性矿物。这为未来研究月球磁异常打开了一扇新的大门，即一些磁异常可能并不全部源自月球内部的古代“磁发生器”，而可能是由撞击过程中产生的磁性矿物贡献的。这一新发现不仅提高了我们对月球物质成分复杂性的认识，也为研究月球南极-艾特肯盆地形成过程中发生的物质变化过程和磁化过程提供了主要样本证据。未来，随着中国探月工程通过测量、样本返回或实验室模拟，我们将能够更深入地揭示月球磁异常过程的成因和变化，并将加深月球演化的不止MGA代码。 。 （编辑：何鑫）