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認(rèn)真閱讀下面的文章，并思考文末互動(dòng)提出的問(wèn)題，嚴(yán)格按照互動(dòng)：你的答案格式在評(píng)論區(qū)留言，就有機(jī)會(huì)獲得由普林斯頓大學(xué)出版社提供的優(yōu)質(zhì)科普書(shū)籍《Top Ten Ideas of Physics: Foundations for Understanding the Universe》。

2024年的夏天，嫦娥6號(hào)探測(cè)器首次完成在月球背面著陸。嫦娥6號(hào)不僅插上了中國(guó)的國(guó)旗，還開(kāi)采并帶回了超過(guò)4磅重的月巖和月壤。（4磅合計(jì)1.8144kg，實(shí)際帶回樣品1.9353kg）。這一成就被廣泛贊譽(yù)為“科技界的壯舉”。

自1970年以來(lái)，當(dāng)今的嫦娥6號(hào)和2020年發(fā)射的嫦娥5號(hào)，再度為人類(lèi)取回了月球樣品。這些樣品將在美國(guó)阿波羅號(hào)任務(wù)取回樣品的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步揭示月球的形成和形貌變化的原因，為我們提供有關(guān)太陽(yáng)系歷史的線(xiàn)索。

不過(guò)，你或許還會(huì)感到費(fèi)解：為什么月球背面（與地球永遠(yuǎn)相對(duì)的半側(cè)）和正面間存在著根本上的不同。發(fā)現(xiàn)月球火山比先前猜想的更加活躍，能夠證明什么觀點(diǎn)？在圣母大學(xué)（University of Notre Dame）從事月球探索的地質(zhì)學(xué)家克萊夫·R·尼爾（Clive R. Neal）談到，“我們?cè)绞怯^察月球，就能發(fā)現(xiàn)更多，然后意識(shí)到原來(lái)我們是如此無(wú)知?！?/p>

2024年，中國(guó)嫦娥6號(hào)探月工程從月球背面帶回了超過(guò)4磅的月巖

美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）計(jì)劃在2027年載人重返月球，上一次登月還要追溯到1972年。地質(zhì)學(xué)家對(duì)于可能采集到的月巖樣品和背后蘊(yùn)藏的科學(xué)發(fā)現(xiàn)激動(dòng)不已。他們暢想能夠在月球開(kāi)采資源建造月球基地，或者把月球上的可再生能源帶回地球。

月球起源

1970年代，美國(guó)的阿波羅任務(wù)和蘇聯(lián)的探月任務(wù)掃清了科學(xué)家們關(guān)于月球歷史的疑云。因?yàn)樵虑驑悠泛偷厍驇r石具有很多相似成分，這使人們更加相信月球是由一個(gè)和火星相當(dāng)大小，名為忒伊亞（Theia）的天體，與原始地球在大約45億年前相撞而形成的。

撞擊產(chǎn)生的殘骸被拋向環(huán)地軌道，最終結(jié)合形成月球。月球起初處于完全熔融狀態(tài)。幾億年后，巖漿海逐漸冷卻，形成了月殼和月幔。巨大熔巖池填滿(mǎn)了撞擊坑，沉降在月球低地，形成月海；高地和火山穹丘則聳立在上方。火山活動(dòng)最終消失。

月球沒(méi)有板塊構(gòu)造和氣象，能夠改變它堅(jiān)冷表面的只可能是隕石。阿波羅時(shí)代取回的許多月壤樣本，都誕生于大約39億年前撞擊時(shí)產(chǎn)生的熱量和高壓。這一結(jié)果表明，它們產(chǎn)生于后期重轟炸期（Late Heavy Bombardme nt，約41億年前至38億年前）中太空巖 石的連續(xù)劇烈撞擊。

但1970年代以來(lái)的研究改變了這一認(rèn)知。舉例來(lái)說(shuō)，高分辨率的軌道圖像顯示：許多大型撞擊坑的形成年代遠(yuǎn)超39億年。在地球上找到的大碰撞時(shí)代的月球隕石也具有相當(dāng)大的年代跨度。

所有的這些研究表明，小行星撞擊并非在短時(shí)間內(nèi)大量發(fā)生，而是發(fā)生在更長(zhǎng)的時(shí)間范圍內(nèi)，估計(jì)從42億年前持續(xù)到34億年前。在這種情況下，阿波羅飛船采集的樣品很可能都來(lái)自于同一場(chǎng)撞擊：巖石大面積地散落，碰巧涵蓋了阿波羅時(shí)代的各個(gè)著陸點(diǎn)。

月球：死亡還是存活

月球上的火山活動(dòng)還籠罩著更大的謎團(tuán)?！霸趯W(xué)校里，我學(xué)到的經(jīng)典理論是，月球早在幾十億年前就處于地質(zhì)意義上的死亡狀態(tài)，”NASA約翰遜航天中心的行星科學(xué)家塞繆爾·勞倫斯（Samuel Lawrence）說(shuō)。

科學(xué)界的固有觀點(diǎn)是，像月球這樣的小型天體會(huì)快速向太空釋放熱量。而一個(gè)冰冷、熄滅的月球不應(yīng)該存在大面積的火山活動(dòng)。阿波羅時(shí)代采集的樣品表明，月球上大部分的火山活動(dòng)在30億年前即已停止，進(jìn)而支持了這一理論。但最近二十年的研究又推翻了這一觀點(diǎn)。

中國(guó)在2022年發(fā)布的地質(zhì)圖是迄今為止所有公開(kāi)資料中最詳細(xì)的全球地圖。它涵括了2020年嫦娥5號(hào)任務(wù)收集到的信息。

2014年，勞倫斯和他的同事們提出，NASA月球勘測(cè)軌道飛行器（LRO）在月海中部發(fā)現(xiàn)了零星分布的不規(guī)則地形，這是直到1億年前才停止的火山活動(dòng)的結(jié)果?！斑@非常、非常令人驚訝，”加州大學(xué)戴維斯分校（University of California，Davis）的天體化學(xué)家尹慶朱(Qing-Zhu Yin)說(shuō)。

最近帶回的樣品為火山活動(dòng)近期才消失的觀點(diǎn)提供了更為明確的證據(jù)。2020年，嫦娥5號(hào)著陸風(fēng)暴洋（Oceanus Procellarum），這一地區(qū)的地質(zhì)年齡更加年輕，只形成了少數(shù)幾個(gè)撞擊坑。不出所料，這次帶回的火山巖僅形成于20億年前，是迄今為止地質(zhì)年齡最為年輕的月球樣品?！斑@可是個(gè)大新聞，” 曾參與NASA阿波羅任務(wù)的布朗大學(xué)（Brown University）行星地質(zhì)學(xué)家吉姆·赫德（Jim Head）說(shuō)。

除此之外，研究者們仔細(xì)檢查了嫦娥5號(hào)帶回土壤樣品中的數(shù)千個(gè)玻璃珠，其中大部分都是由撞擊形成的。他們發(fā)現(xiàn)，其中三顆玻璃珠是由火山形成的，而且只有1.2億年的歷史。這一發(fā)現(xiàn)剛剛在去年發(fā)表（Wang, B.-W. et al.Returned samples indicate volcanism on the Moon 120 million years ago. Science385, 1077-1080 (2024).），并且仍然有待證實(shí)。但如果這些年份站得住腳，將會(huì)說(shuō)明月球時(shí)至今日都可能具有生產(chǎn)巖漿的能力，尹說(shuō)。

所有這些證據(jù)都表明，月球可能并沒(méi)有像人們預(yù)想地那樣迅速冷卻。一些近期的火山活動(dòng)可能由地下的放射性元素驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)生足夠的熱量生成巖漿，并集中在月球的特定區(qū)域。這就可以解釋1.2億年前形成的火山玻璃珠的成因。但并非所有的早期火山活動(dòng)都能用這種方法解釋得通：嫦娥5號(hào)帶回的火山巖，以及嫦娥6號(hào)帶回的一些年齡為28億年的火山巖，其母巖并未富集這些放射性元素。

“它提出的問(wèn)題比解答的還要多，”尼爾說(shuō)道，“這對(duì)于像我這樣的人來(lái)說(shuō)是工作保障——現(xiàn)在我們有了新的問(wèn)題要解決?！?/p>

月球探索的未來(lái)

要解開(kāi)這些謎團(tuán)頗具挑戰(zhàn)性，因?yàn)樵虑虻拇笃瑓^(qū)域仍未被探索過(guò)。盡管已有大約850磅的月巖和月壤被帶回地球，它們也只是來(lái)自于少數(shù)幾個(gè)采樣點(diǎn)。

這張地圖展示了1969年至2020年間，美國(guó)、蘇聯(lián)和中國(guó)的探月工程在月球正面采集月球樣品的所有采集點(diǎn)。2024年，中國(guó)的嫦娥6號(hào)首次從月球背面帶回了樣品。（圖中未標(biāo)注）

嫦娥6號(hào)從月球上最大、最深，同時(shí)也是最古老的撞擊坑南極-艾特肯盆地（South Pole–Aitken basin）帶回了月球背面的首批樣品。研究者們迫切希望能夠利用這些樣品確定月球背面和正面存在巨大差異的原因。為什么月球背面的殼層更厚，并且?guī)缀鯖](méi)有古巖漿形成的月海結(jié)構(gòu)，這些問(wèn)題目前尚無(wú)定論。

NASA計(jì)劃在2027年（可能存在變動(dòng)）實(shí)施阿耳忒彌斯3號(hào)（Artemis III）任務(wù)，將宇航員送往月球南極附近，并取回150~180磅重（約合70~80公斤）的樣品。那里的地形比起阿波羅降落點(diǎn)更能代表月球的典型地質(zhì)狀況。

這一選址預(yù)期能夠提供新的地質(zhì)見(jiàn)解，并帶來(lái)更多有關(guān)月球水的信息。2018年，科學(xué)家基于分析軌道映射數(shù)據(jù)，斷定月球的兩極存在冰，但沒(méi)有人知道其具體形態(tài)?！八烤箷?huì)是月球表面上的霜，還是連片埋藏在地下，或者是吸附在礦物顆粒上，又或者像水泥一樣混進(jìn)了表層土壤？”來(lái)自NASA的朱莉安·格羅斯（Juliane Gross）談到，“我們不知道。”目前，她正在協(xié)助阿耳忒彌斯科學(xué)團(tuán)隊(duì)制定月球樣本的采集和整理計(jì)劃。

阿爾忒彌斯宇航員們的發(fā)現(xiàn)，將會(huì)為由中國(guó)和美國(guó)牽頭的在月球建立永久基地的計(jì)劃提供信息，這一項(xiàng)目將得益于月球南極的水資源。勞倫斯說(shuō)，“那是可以呼吸、可以飲用的東西，它還可以是火箭的燃料?！?/p>

月球礦場(chǎng)

除了冰之外，月球上其他潛在可開(kāi)采資源也備受關(guān)注，尤其是氦-3。這種穩(wěn)定的氦同位素在月球上的含量遠(yuǎn)高于地球，可以用作核聚變過(guò)程的理想燃料（如果物理學(xué)家能夠?qū)崿F(xiàn)這一過(guò)程的話(huà)）。希望能夠開(kāi)采月球資源的商業(yè)企業(yè)大量涌現(xiàn)，其中就有總部位于西雅圖的Interlune 公司。該公司計(jì)劃在2030年代將氦-3帶回地球，隨后是其他的資源，如電池技術(shù)所需的稀土元素。不過(guò)，考慮到物流，經(jīng)濟(jì)和法律上的問(wèn)題，月球開(kāi)采能否走進(jìn)現(xiàn)實(shí)仍然是一個(gè)未知數(shù)，勞倫斯說(shuō)。

尼爾指出，盡管有部分人對(duì)于開(kāi)采原始的月球表示反感，但月球開(kāi)采也會(huì)為地球開(kāi)采帶來(lái)額外的好處。月球兩極溫度只有約-230攝氏度（-380華氏度），因此月球開(kāi)采需要在無(wú)液體的環(huán)境下進(jìn)行。開(kāi)發(fā)無(wú)液體開(kāi)采所需的技術(shù)，有助于緩解廢水和尾礦帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題?！霸囅胍幌?，這將使地球上的采礦業(yè)煥然一新，”他說(shuō)。

但首先，研究人員需要進(jìn)一步地了解月球：它的歷史、地理和開(kāi)采資源的可能性——這需要我們近距離地探索，而探索本身又無(wú)疑會(huì)帶來(lái)更多的驚喜?！耙坏┠銇?lái)到月球，你就會(huì)像這樣：噢……這是什么？”格羅斯說(shuō)。她希望宇航員能夠帶回大量的樣品?！八麄儙Щ貋?lái)的越多，我們能做的也就越多?！?/p>

作者：Nicola Jones

翻譯：wnkwef

審校：7號(hào)機(jī)

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今天我們將送出由普林斯頓大學(xué)出版社提供的《Top Ten Ideas of Physics: Foundations for Understanding the Universe》。

在追逐“最熱最新”科研熱點(diǎn)的時(shí)代，著名物理學(xué)家徐一鴻（Anthony Zee）選擇回到起點(diǎn)，書(shū)寫(xiě)一部聚焦于學(xué)科基礎(chǔ)思想的作品。

在新作Top Ten Ideas of Physics: Foundations for Understanding the Universe中，徐教授以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維、小說(shuō)式的敘事節(jié)奏和獨(dú)特的幽默感，描繪了支撐理論物理大廈的十大最重要的支柱理念，和其背后上下求索的學(xué)者群像。

徐教授自敘，他在近三、四十年來(lái)反復(fù)思索這份“Top10理念清單”，盡管排序有變，其中的核心內(nèi)容卻歷經(jīng)時(shí)間考驗(yàn)，始終穩(wěn)固。這些思想不僅關(guān)乎物理學(xué)本身，對(duì)不同背景的讀者同樣具有啟發(fā)價(jià)值。正如作者所言：這本書(shū)適合所有真正意義上的“智識(shí)讀者”——無(wú)論年長(zhǎng)年少，只要你渴望一睹宇宙真理的本質(zhì)與真容。

【互動(dòng)問(wèn)題：你能舉例出月球的一種形貌和它的成因嗎？】

請(qǐng)大家嚴(yán)格按照互動(dòng)：?jiǎn)栴}答案的格式在評(píng)論區(qū)留言參與互動(dòng)，格式不符合要求者無(wú)效。

截止到本周四中午12：00，參與互動(dòng)的留言中點(diǎn)贊數(shù)排名第二、三、五的朋友將獲得我們送出的圖書(shū)一套（點(diǎn)贊數(shù)相同的留言記為并列，下一名次序加一，如并列第二之后的讀者記為第三名，以此類(lèi)推）。

為了保證更多的朋友能夠參與獲獎(jiǎng)，過(guò)往四期內(nèi)獲過(guò)獎(jiǎng)的朋友不能再獲得獎(jiǎng)品，名次會(huì)依次順延

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編輯：7號(hào)機(jī)

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