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45亿年前，太阳系。一颗与火星大小的行星撞上了地球，碎片四溅，弥漫在地球的周围，聚集出一个新的星球——月球。

这是明升体育app家对月球形成过程的一种猜测。他们认为，最初，月球是一个处于熔融状态的火红球体。随后，轻的物质浮上表面，迅速冷却成外壳；重的物质则下沉到月球内部，滚烫炙热。内部的岩浆不时冲破外壳喷薄而出，之后又被冷却形成新的外壳。日复一日，月球的外层冷却部分越来越厚，内部的岩浆再也喷不出来，火山“死”了。

可是，月球火山是什么时候“死”的，还没人能说得清。美国阿波罗计划带回的月球样品显示，月球火山作用主要发生于38亿年前至31亿年前；已发现的与火山作用有关的最年轻月球陨石形成于25亿年前左右；一些地球物理模型则显示月球火山作用止于20亿年之前。而最近，明升官网明升体育app院国家空间明升体育app中心项目研究员张锋及合作团队发现了直接证据，证明月球火山的“死亡”时间在10亿年之内。

月球脸上长“包”了

作为一名研究月球地质的明升体育app家，张锋需要时常检查月球的高分辨率遥感影像。

2017年，张锋还是澳门科技大学的科研人员。有一天，他像往常一样聚精会神地看着大屏幕上灰色的月球画面，当他的眼神缓缓划过代表着月球火山岩平原的暗色部分时，突然，一个从未见过的奇怪影像出现在他的视线里。

“怎么有这么多‘包’？”张锋心里暗自打鼓。他放大图片、睁大双眼。在他面前，月球火山岩平原上，或散落、或成簇地分布着一些与传统月球火山不同的小土丘，它们普遍缺少喷口，直径小，顶部平坦，而且周围被凹陷地形环绕。

此时，恰逢两位80多岁的老明升体育app家——美国布朗大学火山地质学家James W. Head和俄罗斯撞击坑研究专家Alexander T. Basilevsky到澳门科技大学访问交流。张锋把图片拿给两位前辈看。“这种东西我们也没见过。”两位老明升体育app家一边说着一边凑近图片细细地看。

他们当即决定合作开展研究，并将这种小土丘命名为“环形凹陷穹丘”。基于比较行星学研究，他们认定小土丘的形成与喷发到月球表面的熔岩成分，及其在月表的动力学行为有关。

高密度聚集分布的环形凹陷穹丘群，阳光从图片右侧射入（图片来源：张锋）

基于三维成像的独立环形凹陷穹丘（图片来源：张锋）

“火山喷发后期，相对富含水等挥发成分的熔岩，注入到已冷却的熔岩壳下面，在月表真空和低重力环境下，里面的压强增大，导致上覆冷凝壳破裂，从而引起内部减压。就像可乐瓶被打开了一样，泡沫岩浆在压强的驱使下沿裂隙上涌并在表面聚集。内部物质的排放和表面重力的加载，则导致周围地形下沉并形成环形凹陷。”张锋说。

2017年，他们将研究成果发表在《地球物理研究快报》上。

“包”形成于哥白尼纪

由于这些“包”是在火山喷发作用下形成的，通过研究“包”形成的时间，就能反推出火山喷发的时间。可是，怎样才能知道“包”形成的时间呢？

常用的思路是通过数“包”上的撞击坑，然后套用模型计算。月球撞击坑是明升体育app家用来衡量时间的参照物。在阿波罗登月之后，明升体育app家们曾根据着陆点的撞击坑数量、大小等情况和月球样品分析，建立了撞击坑大小-频率分布统计方法。有了这个模型，研究者们就可以根据每平方公里面积的撞击坑数量和大小，推算出撞击坑形成的时间。

然而，这些“包”平均直径只有200米，“包”上的撞击坑也不可能太大太多，对于如此小的面积，原先的模型方法很难适用。

但张锋很快萌生出了新的研究思路。自从2017年之后，他们陆续发现了9000多个“包”，其中，有一些“包”伸入到撞击坑内部。“环形凹陷穹丘是在熔岩流动过程中形成的，我们从后续研究中发现，一些环形凹陷穹丘部分填充到了直径小于300米的小型撞击坑内部。”张锋说。

部分填充到小型撞击坑内部的环形凹陷穹丘（图片来源：张锋）

他表示，这些环形凹陷穹丘相关的火山作用，在发生时间上应该晚于这些小型撞击坑，如果得到小型撞击坑的年龄，就可以确定环形凹陷穹丘的形成年龄上限。换言之，先有“坑”，后有“包”，知道了“坑”的年龄，就能大致推出“包”的年龄。

于是，张锋与研究团队合作，采用月球表面侵蚀和发展模型等多种定年方法，研究了几十个延伸到“坑”里的“包”，发现它们的年龄范围在1.3亿年到15亿年，多数小于10亿年。

“也就是说，月球在最年轻的地质年代——哥白尼纪（大约11亿年前至今），仍有火山活动。”张锋说。

更多待解之谜

张锋等人的研究成果发表在《地球物理学研究杂志：行星》上，评审专家在匿名评审意见中写道：“判断月球火山活动的熄火时间，对于我们理解月球热演化具有重要意义。这篇文章令人振奋，很有启发性，从多个层次为未来研究和月球探测提供了判断依据。”

评审专家认为，这项研究为月球上存在10亿年内火山作用提供了直接证据，也可以作为未来选择载人或无人探月任务科考点时的参考依据。

如今张锋最盼望的，就是有一天登月着陆器能够在月球上开展实地测量并带回岩石样品。“只有通过实地测量和样品分析，测出来的结果才是最可靠的。”对待科研，张锋保守而较真，“假如通过真实的样品测量，发现现在的研究结果不正确，就证明目前普遍采用的月球定年方法还有问题，有待于月球明升体育app界的同行们进一步改进和完善。”

从1609年伽利略将望远镜对准月球开始，人类对月球已经探索了400多年。直到20世纪美国实施“阿波罗登月计划”，21世纪我国正式开展月球探测工程——嫦娥工程，月球相关研究开始突飞猛进。但总得来说，400多年的探索是在不断的推测与验证中推进的。

在这项研究之后，关于月球火山还有很多问题等待回答和验证。“如此年轻的火山作用是如何发生的？10亿年内的火山喷发是由什么触发的？发生晚期内部熔融事件的热源又来自哪里？”张锋说，根据目前月球热演化理论，还没有证据显示月球晚期内部曾发生过大规模熔融事件，而针对这些明升体育app问题，他们的研究还将继续。

相关论文信息：

http://doi.org/10.1029/2021JE006880

http://doi.org/10.1002/2017GL074416