作為地球最親近的鄰居，人類對月球的探索從未停止過。隨著科技的發展，一張張高清晰的月球圖像傳回地球，讓人們對月球有了越來越多的了解。
然而，人類探索的腳步至今只停留在月球表面。在月殼之下，月幔的成分究竟是什麼？對這一事關月球形成與演化的重大問題，科學家一直一籌莫展。
北京時間5月16日凌晨，國際科學期刊《自然》在線發布了我國月球探測領域的一項重大發現，為這個深藏多年的秘密揭開了關鍵的一角。中國科學院國家天文臺研究員李春來領導的研究團隊基於嫦娥四號探測數據，找到了月球背面幔源物質組成的初步證據。
「月球大規模巖漿活動在30億年前左右就差不多停滯了，所以月球就相當於地球的一個化石，可以通過研究月球的演化歷史來推斷地球的過去和走向。」李春來告訴《中國科學報》記者，這就是科技界對月幔物質組成如此感興趣的原因。
有關月球早期演化的理論認為，月殼是由巖漿洋中較輕的斜長石組分上浮結晶形成，而如橄欖石、輝石等較重的礦物下沉形成月幔。然而，這一關於月幔組成的推論至今沒有很好地被證實。
帶著揭開月球深部物質成分神秘面紗的使命，嫦娥四號踏上了探索月球背面南極-艾特肯盆地、為月球起源演化研究提供新數據的徵程。
「這次嫦娥四號的著陸點是月球已知最深的盆地，形成於40億年前，那時候月殼應該是很薄的。一個大的撞擊就有可能把外殼打穿，把月球深部的東西露出來。」李春來說。
可是，一方面，美國阿波羅任務和蘇聯月球任務返回的月球樣品中沒有發現與月幔準確物質組成有關的直接證據；另一方面，南極-艾特肯盆地內也並未發現月幔指示礦物—橄欖石的大量出露的證據。這是否說明，富橄欖石的月幔假說是錯誤的？
2019年1月3日，嫦娥四號探測器「定點、定時、精確」地著陸在月球背面預選著陸區馮·卡門坑內。同日，巡視器「玉兔2號」與著陸器分離，其上攜帶的紅外成像光譜儀成功獲取了著陸區的兩個探測點高質量光譜數據。
「我們原以為，嫦娥四號會跟三號一樣降落在玄武巖平面上，但光譜的數據卻告訴我們，它所著陸的環境與嫦娥三號有著很大的區別。」李春來形容，這就像「木頭桌子上鋪了一層沙子一樣奇怪」。
中科院國家天文臺和中科院上海技術物理研究所組成的研究團隊通過對光譜數據的分析發現，嫦娥四號著陸區月壤光譜的吸收特徵展現出低鈣輝石的光譜特徵，並暗示有大量橄欖石的存在。進一步的分析證實，嫦娥四號著陸區月壤物質中橄欖石相對含量最高，低鈣輝石次之，僅含有很少量的高鈣輝石。
李春來分析稱：「這種礦物組合一般是在高溫下結晶的，所以我們推測，它們很可能代表了源於月幔的深部物質。」
值得注意的是，嫦娥四號探測器的著陸點位於南極-艾特肯盆地內的馮·卡門撞擊坑內部，早期研究結果表明，其表面應該已經被後續噴發的玄武巖所填充。那麼問題來了，這些不同於玄武巖的深部物質是如何出現的？
科研人員進行了進一步的分析，結果顯示，著陸器和月球車位於玄武巖「平原」的撞擊濺射物上，這些濺射物來自東北方向的芬森撞擊坑。
芬森撞擊坑是由小天體撞擊而形成的，就好像一個「深鑽」一樣，進一步將南極-艾特肯盆地表面以下的月球月幔物質挖掘出，產生的濺射物四處拋射，「恰好」被嫦娥四號給碰到了。
至此，嫦娥四號探測器實現了人類歷史上首次對月球背面的軟著陸就位探測。基於探測數據的研究結果成功揭示了月球背面的物質組成，證實了月幔富含橄欖石的推論的正確性，人類對月球形成與演化的認識又向前邁進了一步。
Doi：https://doi.org/10.1038/s41586-019-1189-0