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月球，作為地球唯一的天然衛星，一直以來都是人類探索宇宙的主要對象之一。從40多億年前的形成至今，月球與地球共同經歷了漫長的歷史。然而，盡管兩者之間距離不超過40萬公里，月球與地球的地質活動卻大相徑庭。地球是一個充滿活力的星球，這得益于其內部和外部的地質活動。內部的地質活動包括地震、火山噴發等，而外部則包括氣象現象如臺風、海嘯等。然而，月球現今則幾乎沒有這樣的活力顯示。月球的地表缺乏明顯的火山噴發現象，也幾乎沒有可探測的地震活動。由于沒有大氣層的保護，月球地表更是無法經歷風化作用。因此，月球常被描述為一個無生命力的死氣沉沉的星體，不適宜已知任何生命體的生存。

這種巨大差異的主要原因可以歸結為月球和地球之間的大小和質量的不同。月球的體積和質量僅為地球的27%和1/81，因此月球內部所含有的放射性生熱元素也相對較少。放射性生熱元素，如鈾(U)、釷(Th)和鉀(K)，通過放射性衰變釋放熱量，從而為星體提供內部活力。對于質量較大的星球，這些生熱元素的存量和釋放過程使其維持較長時間的地質活力。例如，地球上的火山活動正是由于這些熱源驅動的。而月球由于較小的質量，使得其內部熱量在較短時間內散失，無法持續維持地質活動。

星球內部熱量的來源主要有兩方面：一是星球形成時遺留下來的初始熱量，二是源自放射性元素的衰變。這些熱量使得星球內部保持高溫，并支撐相應的地質活動。在一個星體中，保持內部熱量時間的長短受如下幾個因素影響：

一是星球大小：較大的星球因其體積足夠大，從而可以較長時間地保持內部熱量。

二是組成材料：富含放射性元素的星球在其衰變過程中產生熱量，使得熱量保持時間延長。

三是地質活動：星球上活躍的地質活動會促進內部熱量的產生和維持。

四是隔熱層：如星球表面存在大氣層，可以有效減緩熱量的散失。

五是初始熱量：星球在形成時積累較多初始熱量，可在歷史長河中持續提供熱量支持。

基于以上認識，早期的科學模型預測月球的火山活動早已在大約30億年前停止。自20世紀60年代，美國阿波羅計劃及前蘇聯的月球號任務，共返回了9批月球樣品。這些樣品所測得的巖石年齡幾乎均大于30億年，支持了月球火山活動在遙遠的過去已然結束的假設。

然而，2021年，中國嫦娥五號任務帶回的月壤樣品中的玄武巖碎屑顯示，月球在約20億年前仍然活躍，這一發現將月球的地質生命期延長了約10億年，對傳統月球演化模型提出了挑戰。最新的科學分析更是識別出在距今1.2億年的月壤樣品中存在極年輕的火山玻璃珠，揭示了月球在那時仍具有地質活力。火山玻璃珠是月球火山活動存續的直接證據。它們是在月球下方儲存的氣化熔巖中形成，經過猛烈爆炸噴出地表并迅速冷卻所成。

為了識別這些看似微不足道的火山玻璃珠，中國科學院的研究人員在3克的嫦娥五號月壤樣品中對3000顆玻璃珠進行了細致分析。通過排除曾遭受沖擊事件形變的玻璃珠，再結合主要元素分析與微量元素分析的方法，研究者精準篩選出最有可能真正源自火山活動的玻璃珠。然而，即便這些高概率的火山玻璃珠通過了各項科學篩選，進一步的硫同位素特征分析也仍是必要的，以確保其確鑿的火山成因。

科學家發現，火山玻璃珠所顯示的硫同位素特征，明顯不同于撞擊玻璃珠所呈現的特征，這為確認月球在1.2億年前的火山活動提供了關鍵證據。這不僅挑戰了我們對于月球“死亡”時間的預估，也為月球內部結構復雜性提供了新的視角。

月球內部在如此近的地質歷史上仍進行著火山活動暗示著，月球可能包含未被了解的能源保留機制，或者其內部結構比以往理解的更復雜。特別是寄托于KREEP（K：鉀，REE：稀土元素，P：磷）這些富含放射性元素的成分，可能在局部環境中引發局地熱異常與部分熔融過程，從而引發火山活動。

未來，進一步的地質樣本分析與更加密集的月球探測任務，將有助于澄清這些年輕火山現象的產生原因和機理。比如，這些KREEP成分是源自uranium-rich KREEP電子級的殘余物，還是從滯留于月幔中的高程度演化巖漿中來？或許，下一波的探測任務將揭開這些謎團。

這也同時提示我們，應重新思考其他行星及其衛星上的地質活動，尤其是在探尋地外生命潛在棲息條件方面。月球上的這一發現，讓我們對宇宙中“死星球”概念的界定更具挑戰性，同時也提升了我們對如何尋找巨變型活動星球的置信度。

最后，雖然科學家們已在解開這些月球演化謎團上取得了一些進展，但新發現往往伴隨新疑問。這促使我們繼續深入研究月球的內部構造與地質演變，以期更好理解我們的宇宙鄰居。

本文為科普中國·創作培育計劃扶持作品
作者：肖龍 中國地質大學教授

審核：周炳紅 中國科學院國家空間科學中心 研究員

出品：中國科協科普部

監制：中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司

來源: 星空計劃

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