几十年来，月球的陨石坑和面向地球的近地的低洼开放盆地之间的明显差异让科学家感到困惑。
现在，关于月球地壳的新证据表明，这种差异是由太阳系早期历史上一颗任性的矮行星与月球相撞引起的。关于这项新研究的报告已发表在AGU的地球物理研究杂志：行星上。
月亮的两个面孔的神秘面纱始于阿波罗时代，当时它的第一个观点显示出惊人的差异。2012年重力恢复和内部实验室(GRAIL)任务所做的测量填补了有关月球结构的更多细节 - 包括其外壳如何厚实并且在其背面包括额外的一层材料。
有许多想法用来试图解释月球的不对称性。一个是曾经有两个卫星围绕地球运行，它们在月球形成的最初阶段合并。另一个想法是，一个巨大的身体，也许是一颗年轻的矮行星，发现自己处于太阳周围的轨道上，使它与月球发生碰撞。澳门科技大学空间科学研究所的孟华华和新研究的主要作者朱华华表示，后一种巨大的影响观念将比合并月球情景稍晚一些，并且在月亮形成坚固的地壳之后。今天的月球结构中应该可以看到这种影响的迹象。
“通过GRAIL获得的详细重力数据，可以更深入地了解地表下的月球结构，”朱说。
GRAIL的新发现为朱的研究团队提供了一个更清晰的目标，旨在通过他们用于测试不同早月影响情景的计算机模拟。该研究的作者对月球的巨大撞击进行了360次计算机模拟，以确定数百万年前这样的事件是否可以重现GRAIL检测到的今天月球的地壳。
直径为780千米的冲击器(具有200千米直径的铁芯)的冲击成形过程，冲击速度为每小时14,000英里(22,500公里/小时)。在每个面板中，左半部分代表模型中使用的材料：辉长斜长岩(浅绿色)，纯橄榄岩(蓝色)和铁(橙色)分别代表月球地壳，地幔和核心。辉长岩斜长岩(浅黄色)也代表了撞击物质。右半部分代表冲击过程中的温度变化。(C)和(D)中的箭头表示移动并形成新地壳的局部材料以及从撞击中喷出的材料沉积物。图片来源：JGR：行星/朱等人。2019 / AGU。
他们发现最适合今天的不对称月球是一个大体，直径约480英里(780公里)，以每小时14,000英里(每小时22,500公里)撞击月球的近处。这相当于一颗比矮星球Ceres小一点的物体，它的速度大约是流星鹅卵石和沙粒在地球大气中燃烧成“流星”的速度的四分之一。另一个非常适合团队建模的冲击组合是一个略小，直径450英里(720公里)的物体，以每小时15,000英里(24,500公里/小时)的速度轻微撞击。
在这两种情况下，该模型显示了撞击会抛出大量的物质，这些物质会落回月球的表面，将原始地壳埋在3至6英里(5至10公里)的碎片中。据朱说，这是GRAIL在陆地上发现的附加地壳层。
新的研究表明撞击者可能不是地球的早期第二个月球。朱说，无论撞击者是一颗小行星还是一颗矮行星，它在遇到月球时都可能在太阳周围的轨道上运行。
研究人员解释说，巨大的撞击模型也为地球和月球表面之间钾，磷和稀土元素如钨-182的同位素的不明原因差异提供了一个很好的解释。研究报告的作者说，这些元素可能来自巨大的撞击，这种撞击会在月球形成后将这些物质添加到月球上。
“因此，我们的模型可以在月球起源的巨大撞击情景中解释这种同位素异常。” 研究人员写道。
这项新的研究不仅提出了对月球持续问题的回答，而且还可以提供对太阳系中其他不对称世界结构的深入了解，就像火星写给研究人员一样。
“这篇论文非常具有挑衅性，”凯斯西储大学(Case Western Reserve University)行星地球动力学教授，JGR主题行星史蒂夫•豪克(Steve Hauck)表示。“了解月球的近侧和远侧之间差异的起源是月球科学中的一个基本问题。实际上，有几个行星具有半球形二分法，但对于月球，我们有很多数据能够测试模型和假设。因此，这项工作的意义可能比月球更广泛。“