一項新研究表明，創造月球南極-艾特肯盆地的撞擊是如何與月球正面和背面的組成和外觀的鮮明對比有關的。月球展示給地球的“面孔”看起來與它隱藏在背面的“面孔”大不相同。月球正面主要是月球土壤–古代熔岩流的巨大、深色的殘餘。另一方面，隕石坑密布的背面則幾乎沒有大規模的泥灰岩特徵。為什麼這兩面如此不同是月球最持久的謎團之一。

現在，研究人員對月球的兩面性有了一個新的解釋–這與數十億年前月球南極附近的一次巨大撞擊有關。

發表在《科學進展》雜誌上的一項新研究表明，形成月球巨大的南極-艾特肯（SPA）盆地的撞擊會產生大量的熱流，在月球內部傳播。這股熱流會將某些物質–一套稀土和產熱元素–帶到月球的正面。這種元素的集中將有助於形成正面火山平原的火山活動。

“我們知道，像形成SPA的那種大撞擊會產生大量的熱量，”布朗大學的博士生、該研究的主要作者Matt Jones說。“問題是這種熱量是如何影響月球的內部動力學的。我們所展示的是，在SPA形成時的任何合理條件下，它最終將這些產熱元素集中在正面。我們預計，這有助於地幔熔化，產生我們在表面看到的熔岩流。”

這項研究是Jones和他的導師、布朗大學副教授Alexander Evans，以及來自普渡大學、亞利桑那州月球與行星科學實驗室、斯坦福大學和美國宇航局噴氣推進實驗室的研究人員之間的合作。

月球正面和背面的差異最早是在20世紀60年代由蘇聯的月球任務和美國的阿波羅計劃揭示的。雖然火山沉積物的差異是顯而易見的，但未來的任務也將揭示出地球化學成分的差異。近處有一個被稱為Procellarum KREEP terrane（PKT）的成分異常點–鉀（K）、稀土元素（REE）、磷（P）以及釷等產熱元素的集中。KREEP似乎集中在風暴洋（Oceanus Procellarum）及其周圍，這是最大的月球正面火山平原，但在月球的其他地方卻很稀少。

一些科學家已經懷疑PKT和正面熔岩流之間有聯繫，但是為什麼那些元素集中在正面的問題仍然存在。這項新研究提供了一個解釋，它與南極-艾特肯盆地有關，這是太陽系中已知的第二大撞擊坑。

為了這項研究，研究人員進行了計算機模擬，模擬巨大的撞擊所產生的熱量將如何改變月球內部的對流模式，以及這可能如何重新分配月球地幔中的KREEP材料。KREEP被認為代表了月球形成後最後凝固的地幔部分。因此，它可能形成最外層的地幔，就在月球地殼之下。月球內部的模型表明，它應該或多或少地均勻地分佈在表面之下。但是這個新的模型顯示，這種均勻的分佈會被SPA撞擊產生的熱羽擾亂。

根據該模型，KREEP材料會像衝浪者一樣，乘著從SPA撞擊區發出的熱浪。隨著熱羽在月球地殼下的擴散，這些材料最終被大量地送到了正面。研究小組對一些不同的撞擊情況進行了模擬。雖然每一種情況都產生了不同的熱量模式，並在不同程度上調動了KREEP，但所有的情況都在正面產生了KREEP的集中，與PKT異常現像一致。

研究人員說，這項工作為月球最持久的謎團之一提供了一個可靠的解釋。

Jones說：“PKT是如何形成的，可以說是月球科學中最重要的開放性問題。而南極-艾特肯撞擊是月球歷史上最重要的事件之一。這項工作將這兩件事結合在一起，我認為我們的結果真的很令人興奮。”