嫦娥六號月背岩石顯示，地球潮汐可能把月殼推向了月球背面

抬頭看看滿月，你看到的那些深色斑塊其實是古老的熔岩平原，也是人類自有歷史以來一直仰望的那張熟悉臉孔。然而那個永遠不轉向我們的半球，看起來卻像另一個世界：顏色淺淡、撞擊坑密密麻麻、幾乎沒有深色平原，還包覆著厚得多的月殼。一架中國登陸器從這個隱藏的一側挖回的岩石，如今顯示這種分野可能是地球造成的：地球的潮汐熱把年輕月球上漂浮的月殼推向了背面。

這項發現觸及月球科學最古老謎題之一的核心，而且是人類第一次拿兩個半球的真實岩石來做比較。南京大學與中國科學院的研究人員把月球背面的碎屑和正面的樣本逐層對照，從深處內部一路比到表面。他們得到的答案是：月球在月殼以及遠古岩漿海最後的殘餘物上是不對稱的，但底下的月幔並非如此。

背面的材料來自嫦娥六號。它降落在廣闊的南極-艾特肯盆地內的阿波羅撞擊坑，把1,935.3公克的土壤和岩石帶回地球。在那之前，實驗室裡的每一份月球樣本，從阿波羅計畫、月球號任務到中國的嫦娥五號，全都來自我們看得到的那一面。這項發表於National Science Review的新研究，藉由從土壤中挑出的細小岩石碎屑，解讀月球背面的歷史。

科學家怎麼解讀月球背面的岩石

研究團隊檢視分配到的一份嫦娥六號土壤，辨識出47塊稱為岩屑的岩石碎片：37塊來自高地月殼，10塊是月海玄武岩，也就是覆蓋月球正面的那種深色火山岩。他們以三維方式描繪每塊岩屑的組織，測量其中礦物的化學成分，並利用鈾衰變成鉛的過程替玄武岩定年。

每一種岩石都代表月球的不同層位。玄武岩是月幔部分熔融時形成的，因此會把月幔的化學指紋帶到表面。斜長岩是一種幾乎全由斜長石這種礦物組成的淺色岩石，是原始月殼的材料：新生的月球冷卻時，它從遍布全球的熔岩海洋中浮上頂層。第三類岩石Mg-suite（鎂質岩套）形成於熔融的月幔物質侵入月殼之處，因此記錄了兩層之間的交互作用。

比較的基準是月球正面的紀錄：數十年來對阿波羅岩石的量測，以及嫦娥五號從風暴洋帶回的玄武岩。研究人員也把自己的數據和兩個半球的軌道觀測圖互相比對，藉此檢驗同一個撞擊坑裡的少數碎屑，是否足以代表月球背面高地的典型樣貌。

月幔一樣，月殼不同

第一個驚喜來自玄武岩。它們是約28.1億年前的低鈦玄武岩，微量元素與同位素特徵和阿波羅太空人採集的低鈦玄武岩的月幔源區相符。它們的源區擁有目前所有帶回地球的月球玄武岩中數一數二低的鈾鉛比，卻仍和正面的「表親」們位在同一條化學演化路徑上。

Mg-suite岩石則從另一個角度說出同樣的故事。它們的鎂值，也就是反映其來源月幔物質的鎂鐵比，在月球兩側都於約79處達到高峰，中位數同樣是78.0。如果深處內部分裂成兩個不同的半邊，這些數值理應有所差異。但實際上並沒有。

月殼就是另一回事了。月球背面斜長岩中的輝石晶體，鎂值高峰約為67，而從軌道觀測到的正面高地約為55；和阿波羅斜長岩相比，這個差距在統計上依然成立，中位數分別為66.4與63.0。背面的Mg-suite岩石也明顯缺乏KREEP，這是一種富含鉀、稀土元素和磷的殘餘物質，集中在月球正面底下。一般認為，典型的阿波羅Mg-suite岩石以重量計含有10%到25%的這種物質。

地球如何打造出月球背面

這個模型的起點，是一顆被岩漿海覆蓋的月球。岩漿海起初均勻冷卻，沉積出月幔晶體和一層均質的早期月殼。月球形成大約2000萬年後遭到潮汐鎖定，從此始終以同一面朝向當時距離近得多的地球。接著，潮汐對正面的加熱比背面更強，這個溫差讓殘餘的岩漿在月殼底下橫向流動。作者估計，這種環流可能持續了約2億年。

由於年輕的月殼仍然柔軟，這股流動得以拖動它。富含鎂的早期斜長岩板塊被帶往背面並堆積在那裡，這能同時解釋背面較高的鎂值與較厚的月殼。最後殘留、演化程度最高、富含鈦與KREEP的熔體則往另一個方向流走，匯聚在正面底下。這些殘餘物後來成為大規模熔岩噴發的來源，熔岩覆蓋了我們所見半球約31%的面積，在背面則只有約1%。

這種熱量落差似乎一直延續下來。量測月球在地球每月潮汐作用下的形變程度，再加上玄武岩的結晶溫度，顯示月球背面的月幔比正面低約100到200克耳文。這個模型甚至為南極-艾特肯盆地的橢圓形輪廓提出新解讀：它未必來自一次斜向撞擊，而可能是漂移的月殼把一個原本圓形的盆地拉長了。

岩石還沒有回答的問題

作者把他們的構想定位為「一個合理且自洽的解釋」，而非定論。所有背面證據都來自單一登陸地點，團隊也承認這些岩屑「可能無法代表整個月球背面」，而且無法完全排除取樣偏差。背面月殼較高的鎂值與模型相符，但論文指出，這種吻合「並不能為此現象提供唯一的解釋」。

KREEP訊號同樣懸而未決。背面Mg-suite中KREEP偏少，可能代表這一層在背面確實很薄，也可能代表這些岩石的形成途徑根本不需要KREEP，又或者這一層在整顆月球上本來就分布零散。作者寫道，目前的嫦娥六號資料集無法在這些可能性之間做出判斷，模型中的不對稱層狀結構「需要更多月球背面樣本加以驗證」。

其他競爭的解釋依然成立：一次重新分配物質的巨大撞擊、月殼不均勻的生長，以及一顆與月球合併的較小伴隨衛星所帶來的額外熱量。這項研究的貢獻，是提出一個它們如今都必須滿足的限制條件：兩面底下的月幔在化學上十分相似。

關於月球背面的常見問題

月球背面為什麼跟正面差那麼多？

月球正面覆蓋著深色、平滑的玄武岩平原，背面則幾乎全是明亮、布滿撞擊坑的高地，月殼也比較厚。嫦娥六號的研究提出，地球的潮汐熱在年輕月球的岩漿海中驅動橫向流動，把月殼堆到背面，並把形成熔岩的物質推向正面。

月球背面是不是永遠都是暗的？

不是。月球背面接收到的陽光和正面一樣多，之所以從地球上看不到，只是因為月球被潮汐鎖定，永遠以同一面對著我們。新月時，月球背面整面都被陽光照亮。

嫦娥六號從月球帶回了什麼？

中國的嫦娥六號在2024年6月從南極-艾特肯盆地內的阿波羅撞擊坑，帶回了1,935.3公克的土壤和岩石。這是史上第一批從月球背面採集的樣本。

月球為什麼總是用同一面對著地球？

地球的重力在年輕的月球上拉出隆起，潮汐摩擦讓月球自轉逐漸變慢，直到自轉一圈正好等於公轉一圈。南京大學團隊的模型認為，這發生在月球形成約2000萬年後，當時地球距離近得多，潮汐加熱也強烈得多。

這篇論文於2026年7月13日在National Science Review線上刊出，Science China Press則在10月14日發布研究摘要。作者認為，任何始終以同一面朝向主天體的星球，都可能被同樣的橫向對流塑造，這或許也有助於解釋木星衛星木衛二（歐羅巴）和土星衛星土衛六（泰坦）冰殼厚度不均的現象。至於月球本身，要驗證這個模型還需要更多背面岩石，而中國下一個探月任務嫦娥七號的目的地是南極而非背面，而且已經錯過2026年的發射窗口。

參考文獻：Gu et al., “Lunar farside-nearside asymmetry formation during magma ocean solidification,” National Science Review, 2026. DOI: 10.1093/nsr/nwag424

標籤: 天文學, 月球, 行星科學, Chang'e-6, Nanjing University, National Science Review