中秋的明月高懸天際，銀輝灑落大地，自古以來，這輪玉盤便是文人墨客筆下的常客，承載著無數浪漫的想象與深沉的寄托。從李白筆下“床前明月光，疑是地上霜”的清冷意境，到神話中廣寒仙子獨居的寂寥宮闕，月球始終是人類探索未知的靈感源泉。如今，隨著中國航天事業的蓬勃發展，這顆曾被賦予無限遐想的星球，正逐步揭開它神秘的面紗。
2024年6月25日，一則令全球科學界振奮的消息傳來：嫦娥六號返回器攜帶1935.3克來自月球背面的土壤樣本成功返回地球。這批珍貴的“無價之土”迅速成為科研焦點，其中部分樣本被送往北京大學地球與空間科學學院李揚研究員課題組，與核工業北京地質研究院何升、山東大學陳劍等團隊展開聯合研究。科學家們通過對月壤樣本的深入分析，結合遙感數據，首次獲得了月球正反兩側地幔溫度的直接對比證據，為理解月球演化歷史和二分性成因提供了關鍵線索。
月球的“另一面”為何始終隱沒在地球視野之外？這源于地月之間的“潮汐鎖定”效應。在漫長的歲月中，月球面向地球的一面因引力差異產生隆起，內部摩擦力逐漸消耗其自轉動能，最終使自轉周期與公轉周期趨同，進入“同步自轉”狀態。因此，人類始終只能看到月球的同一面，而其背面則成為科學界長久以來的未解之謎。
與月球正面布滿環形山、月海與月陸的景象不同，背面地形更為崎嶇，零星分布的月海散布在廣袤的月陸上，密密麻麻的隕石坑則記錄著太陽系早期撞擊風暴的痕跡。作為月球與行星科學領域的關鍵問題，月球二分性的成因一直是科學界爭論的焦點。此前，由于缺乏直接樣本，相關研究主要依賴遠程觀測和理論建構，而嫦娥六號帶回的月背土壤則為這一難題的破解提供了可能。
月球樣品的研究價值不容小覷。月壤中的礦物、巖石、碎屑、玻璃等成分，記錄著月球形成演化的重要信息，包括火山活動記錄、月殼與月幔的物質組成、水和揮發成分的分布等。此前，科學家們通過阿波羅計劃、月球計劃等探月工程，對月球正面進行了持續探索，建立了對月面巖石與內部結構的基本認識。然而，月球背面的直接樣本始終是科學界亟待填補的空白。
2024年6月2日，嫦娥六號探測器在月球背面南極-艾特肯盆地中的預選著陸點成功采樣。該盆地是月球上最大最深的古老撞擊盆地，形成于約43億年前的一次巨大撞擊，其樣本可能承載著更為豐富的月球地質信息。嫦娥六號采取了表取和鉆取兩種取樣方式，既獲得了長期暴露在外部的月壤，反映了月球背面的空間環境，又通過深入鉆取的樣本，揭示了月壤的堆疊發育和更豐富的月球演化信息。
在北京大學的研究團隊中，科學家們以月球正背面溫度對比為研究方向，運用礦物溫壓計計算月壤溫度。通過測定月壤中有關礦物的元素組成，并將其代入礦物溫壓計，反推出這些礦物在形成之時環境的溫壓條件。為確保結果的精準性，研究團隊應用了三種不同的溫壓計進行獨立計算，并采用巖石學模型pMELTS模擬嫦娥六號玄武巖的結晶過程，得到了與礦物溫壓計一致的結果。
經過交叉驗證，團隊測定嫦娥六號樣品的結晶溫度約為1100攝氏度，比來自月球正面的嫦娥五號等樣品的結晶溫度低約100攝氏度。研究團隊還利用玄武巖全巖成分重建了原始巖漿的化學組成，計算地幔潛能溫度，發現月球背面地幔潛能溫度（～1400℃）也低于月球正面（～1500℃）。為增強結論的可靠性，團隊還與山東大學陳劍合作，通過月球遙感數據對上述結論在更大尺度上進行檢驗，發現月球背面地幔潛能溫度相比正面低大約70℃，這與利用月球樣品計算得到的結論一致。
這項研究首次利用月球樣品揭示了月背的地幔熱狀態，為月面與月背的地幔溫度差異提供了巖石學與地球化學的直接證據。月球背面地幔相對正面更為寒冷的發現，不僅為理解月球演化歷史提供了關鍵信息，也為月球二分性的成因研究開辟了新的方向。
北京大學的研究生和本科生深度參與了本次月背樣品溫度研究。2024年9月，首屆地球化學強基計劃畢業生朱學麟剛推免直博便受邀參與研究；2022級地化專業本科生何潛、鄭燁與2023級本科生付卓玥，則在學校本科生科研計劃的支持下，參與了與月球樣品相關的本研項目。他們的成長是地球與空間科學學院本科生拔尖人才培養的一個縮影。近年來，該學院每年約30名本科生通過本科生科研計劃直接參與到科研一線工作中，絕大多數畢業后通過推免等方式繼續深造。
在研究開展初期，團隊成員通過文獻閱讀和資料查閱自學月球演化和玄武巖成因等相關知識，一邊學習一邊梳理研究思路。確定研究方向后，面對僅300mg月壤樣品且可分析樣品量被限制在100mg的挑戰，北大團隊與核地研院團隊高效協作，輪流值守、晝夜不息，在多個實驗室里同步推進實驗，接力開展樣品巖石學和地球化學多項關鍵指標的測試。經過2個月的實驗攻堅，團隊終于取得了精確的測試數據，并在此基礎上建立巖石學模型進行模擬研究，最終獲得了月球地幔的熱狀態信息。
中秋的月光穿越時空，既照亮了古老的詩行與歸途，也輝映著今朝的活力與夢想。這輪曾引發無盡遐思的玉盤，正見證著中國月球探索的新突破，見證著璀璨星河中的新篇章。從詩意的想象到實證的突破，中國科學家們正以探索未知、勇攀高峰的精神，為人類認識月球、探索宇宙貢獻著智慧與力量。
