你知道月亮上的桂花树是怎么来的吗？

记得小时候，中秋之夜，凉风习习，品着月饼赏月之时，爷爷给我讲吴刚伐桂的神话故事，我望着月亮，被那颗怎么也砍不断的桂花树深深着迷。后来，我才知道，月亮上没有广寒宫，没有嫦娥和玉兔，那颗自古以来被传颂的桂花树其实是月海，可以说月球上几乎是一个黑白灰的死寂之地。那么，你知道月亮上的“桂花树”到底是什么，它又是怎么来的呢？

“桂花树”原来是月海

由于被地球的潮汐引力锁定，月球永远以同一面围绕地球公转，球的自转周期与公转周期相同，均为27.32天。月球朝向地球的一侧称为正面，远离地球的一侧称为背面。正面暗色的区域，就是所谓的月海（“桂花树”），因在望远镜发明以前一度被认为是月球上的海洋而得名，但实际上月海里一滴水都没有！

月球正面和背面具有明显的二分性 ┃ 图源：改自网络

月海是由深色的玄武岩平原组成，主要集中在月球正面，覆盖全月表的六分之一，正面的三分之一。月球的背面主要由浅色的斜长岩高地组成，缺乏月海，那里布满了密密麻麻的撞击坑（或称为环形山）。美国NASA的月球探测任务GRAIL观测结果显示，月球正面的月壳厚度为30‐40 千米，背面的月壳厚度为50‐60 千米，比正面厚约20千米，月球的质心在靠近地球的一边，这种不对称性可能是地球的引力导致的。

概括起来，月球呈现明显的“二分性”：正面月壳薄、多深色月海、多低洼平原；背面月壳厚、多浅色斜长岩、多崎岖高地。

月球内部结构示意图 [1]

“桂花树”是小行星砸出来的

这“桂花树”的来历还得从45亿年前说起。上一篇我们讲过，月球起源于一次惊天大碰撞，随后，变成了一个名副其实的火球，犹如一只浴火重生的凤凰，经过了几亿年，才逐渐冷却固结下来，形成一个具有核-幔-壳结构的岩石星球。

可是凤凰涅槃之后并没有迎来永久的现世安稳。对月球表面撞击坑的统计发现，约在39亿年前左右，无数的小行星彗星对月球狂轰乱炸，形成了大大小小的撞击坑，该事件被称为晚期重轰炸（Late Heavy Bombardment，LHB）事件。在小行星的狂轰乱炸下，高频撞击产生了大量的热量，引发来自月幔的玄武岩岩浆上涌到月表，填充了那些撞击坑，于是形成了广袤的月海平原——“桂花树”。一言以蔽之，“桂花树”是深色的（因为含有富镁铁质矿物如橄榄石辉石而呈深色）玄武岩岩浆充填到撞击坑里形成的，这一切都是小行星惹的祸。

小行星为什么都跑来砸月球？

实际上太阳系形成早期，星子之间相互碰撞是很常见的，月球起源于大碰撞就是一个最好的证明。只是随着行星形成后对其轨道附近星子的清除，这些星子对行星的撞击频率理应快速减缓。那是什么原因导致39亿年前小行星的撞击频率骤然增高呢？

科学家们认为，这很有可能与早期太阳系中一些大行星的迁移行为有关。质量巨大的气态行星（比如木星和土星）与星子盘的相互作用造成轨道迁移。这些庞然大物向内太阳系的迁移极大地打破了引力平衡，导致原先位于小行星带内的大量小天体偏离轨道，从而引发内太阳系持续约1亿年的晚期重轰炸事件。

月球形成简史 [1]

那时的小行星只砸月球吗？

在那场晚期重轰炸事件中，小行星们实施的更像是无差别攻击，所有类地行星均遭暴虐。比如，水星坑坑洼洼的外表就是最好的证据，而小行撞击留在地球表面的罪证大部分则被板块构造、火山活动和侵蚀作用等逐渐抹去。

月球没有大气，也没有板块构造，大部分因小行星撞击形成的大小不一的撞击坑都完整地保留了下来，忠实地记录了月球整个历史时期的小行星撞击事件。不仅如此，就连太阳风粒子注入和微陨石撞击，她都拿小本本偷偷地记录下来了。

巧合的是，科学界比较公认的观点认为，地球上最早的生命出现在38亿年前，这与晚期重轰炸事件在时间上高度吻合，为地球生命地外起源假说提供了一个旁证。

在小行星撞击的影响下，早期地球的表面层布满了熔岩。┃ 图源：Simone Marchi

期待新篇章

中秋夜，诗意赏月，我们感受到的是岁月静好。然而，月球平静的外表之下，却隐藏着惊心动魄的过往。如果把月球比作一本书，它几乎就是一部太阳系45亿年的行星暴力史。我国嫦娥五号采样点位于正面月海风暴洋的西北部，代表了迄今最年轻的月海玄武岩。嫦娥五号月球返回样品的研究必将给这部史书添加新的篇章！

参考资料：

[1] 月球，2020，天地出版社。

[2] Wieczorek et al. 2013. Science, 339(6120), 671–675.

[3] Morbidelli et al. 2005. Nature, 435(7041): 462–465.

[4] Gomes et al. 2005. Nature, 435(7041): 466–469.

[5] Abramov et al. 2009, Nature, 459 (7245): 419–422.

作者简介

蒋 云

中国科学院紫金山天文台天体化学和行星科学实验室副研究员。研究方向：火星、月球及小行星陨石的岩石矿物学、同位素地球化学及年代学。

轮值主编：杜福君

编辑：王科超