我校学术团队研究发现月球内部依然温暖

近日，我校行星科学研究所博士后原田雄司博士，联合武汉大学、国家天文台研究人员，以及日本和美国的学者，在最新一期《Nature Geoscience》发表研究论文《Strong tidal heating in an ultralow-viscosity zone at the core–mantle boundary of the Moon》。该项研究利用数字模拟的方法，在月球的核幔边界发现了一层低粘度的区域。该结果和前人对于月球的大地测量观测结果一致，证明月球核幔边界存在由地月间潮汐作用引起的部分熔融。这项研究对于重新认识月球的热状态和热历史具有重要意义。

由于月球体积小，科学界一般认为月球在20亿年前就基本停止了地质活动，现在的月球就是一个大石块，缺乏地质活力。然而，该研究小组使用包括“嫦娥－1”号在内的探月数据，对月球动力学形状的变化进行了精密测量，并借助理论分析和计算，发现在月球的核－幔边界存在着超低粘性的软弱层。而且，地球引力一直在对这个软弱层产生着很强的潮汐加热过程。这一成果为重新思考和认识月球内部结构、热演化，以及地月系统的相互作用提出了新的课题。

为了探明行星及其卫星的形成和演化，尽可能详细了解天体内部构造和热状态是非常必要的。怎样做才能了解这些遥远天体的内部构造呢？事实上，通过详细研究外部动力引起的天体形变，可以获得关于天体内部构造和状态的线索。天体由于其他天体的引力影响产生的形状变化称为潮汐。例如，地球的海洋潮汐涨落，是月球和太阳的引力引起的。潮汐引起的固体天体形变程度，与其内部构造，特别是内部的硬度息息相关。反过来说，通过研究固体天体形变的状况，可以探索肉眼看不到的固体天体内部的情况。月球也不例外，通过潮汐力引起的月球形状变化可以探测月球内部构造。形状变化可以通过多种测地学观测来获得。然而，迄今为止提出的月球内部构造模型尚不能解释已有月球探测获得的精密月球形状变化。

早期研究主要是借助阿波罗计划得到的月球地震观测数据，推测月球的内部大致分为由金属构成的月核、中部月幔和外层月壳。该研究小组着眼于月球深部构造研究，对月球内部构造与观测得到的月球动力学形变大小关系，进行了理论分析和计算模拟。新的研究成果发现，若假定月幔最下部有超低粘性的软弱层存在的话，实际观测到的潮汐引起的月球形变就可以得到很好的解释。过去的研究曾表明，月幔最深处可能有一部分岩石处于熔融状态。本研究的结果支持了上述假说，并且第一次从观测结果和理论计算得出月幔最深部是“软的”这一结论。

这项成果还进一步发现了月幔最深处低粘性层是由潮汐能量引起的加热形成的。这一过程应该经历了很长的时间。

关于本研究的展望，该研究小组的负责人原田雄司博士表示：“我们的研究结果带来了新的疑问。例如，月幔的底部是如何长期维持着柔软的状态这样的问题。为了探明这些新的问题，后续会继续致力于更详细的研究月幔内部构造和发热机制。此外，低粘性软弱层中的潮汐能量产生的热能的变化，对月球相对地球运动方向和月球的冷却方式等方面有着怎样的影响等问题也值得关注。这些问题的探明，对加深月球的演化的理解有重要帮助。”

原田雄司博士的合作导师肖龙教授认为，该项成果对我们重新认识月球及类地行星的内部构造、热状态和热历史都有重要意义。我校行星科学研究所的科研人员将进一步从月表变形特征、内部重力场和圈层结构及物理性质等多个方面，对月球进行更深入的研究。（行星科学研究所）

该论文的第一作者Yuji Harada（中文名：原田雄司），2013年进入我校地质学博士后流动站工作，研究方向为行星科学。

该成果的原文见：，Strong tidal heating in an ultra-low viscosity zone at the core-mantle boundary, Nature Geoscience. Published online 27 July 2014.