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近日，法国蔚蓝海岸大学一个科研团队在研究月球固体内核和流体外核方面取得新进展，其研究结果证实了月球高密度内核的存在，确定月球内核直径约为500千米，是月球直径的15%左右。此外，该研究还获得了月幔翻转假说的有力证据。这一成果发表在国际知名学术期刊《自然》上，有助于推动人类进一步了解月球的内部结构。
古往今来，月球作为地球唯一的天然卫星、距离地球最近的天体，一直吸引着人们的探索热情。小天体撞击是太阳系早期普遍和重要的事件，对地球等行星的环境和演化产生了重大影响。由于长期和强烈的地质作用，地球早期的撞击痕迹已基本被抹除，月球则完整保存了撞击历史。而月球深部物质和内部结构，就是理解月球起源和演化奥秘的钥匙。开展月球内部结构研究，获取类地行星早期的地质演化记录，已成为月球科学的核心内容。
一般认为月球分为月壳、月幔和月核3个圈层。随着科技的进步，人类对月球内部结构的具体认识不断深入。与探索地球内部结构使用地震波方法类似，美国在阿波罗登月计划中曾配置月震仪，4台月震仪形成了上千千米间距的月面台阵，并持续工作近8年，记录到上万次的月震和陨石撞击等事件。有科学家结合从月震仪上获取的月幔数据与月球轨道数据，推算出月球质量、惯性矩，认为月球存在一个直径至少150千米的金属内核。不过，由于当时仪器水平的限制，月震仪无法检测到来自月球深部的反射数据，有关月球内部各圈层的详细信息也就存在诸多不确定性。
2011年，美国发射“重力恢复与内部实验室”月球探测器，通过探测数据成功绘制了超高分辨率月球重力场图，并得到关于月球内部深层结构特征的信息。月球内部结构的主要研究手段也从基于单一月面月震数据的研究，提升为月面高分辨率遥感观测与月面数据综合应用。有科学家利用月球高分辨率重力场数据研究发现，月球上的一些大型撞击盆地中的月壳非常薄，有的月壳厚度不到1千米甚至接近于零。这么薄的月壳，意味着当年的小行星撞击很可能撞穿了这些地方的月壳，把上月幔物质挖掘和抛射到了月球表面。此次法国科研团队结合月球不同内部结构的模拟结果开展研究，为我们了解太阳系前10亿年内月球撞击事件演化历程提供了新的认知。
近年来，中国探月工程和研究取得一个个标志性成果。2019年，嫦娥四号探测器实现了人类历史上首次对月球背面的软着陆就位探测。嫦娥四号科学家团队通过对巡视器上的测月雷达探测数据开展研究，获得了着陆区月壤和月球浅层结构的新认识，揭示了着陆区经历多期次的撞击溅射堆积和多期次玄武岩浆喷发填充。这些新发现对于月球内部物质组成和结构的研究有重要指导作用。2021年，中国科学院发布嫦娥五号月球科研样品最新研究成果，月球最“年轻”的玄武岩年龄为20亿年，比以往月球样品限定的岩浆活动时间延长了约8亿年，其晚期岩浆活动的源区并不富集放射性元素，并且月幔源区几乎没有水。这一重要成果对月球热演化历史研究提出了新的科学问题，也对未来月球探测和研究提出了新的方向。
仰观宇宙之大，俯察品类之盛。未来，中国探月工程四期将包含嫦娥六号、嫦娥七号和嫦娥八号任务。相关任务配置了测月雷达、月震仪、电磁场探测仪、月壤剖面热流测量仪等科学载荷，有望在月球实现多物理场、长期、大规模探测，并通过对探测数据的研究，在月球内部结构研究上实现新的突破。
（作者单位为中国科学院国家空间科学中心）
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