天文|《自然·天文》这薄薄数米的月壤之中，记录着太阳系45亿年的历史( 二 )
阿波罗11号登月宇航员巴兹·奥尔德林在月球细腻的土壤层留下的脚印
图片来源：NASA
不同于有大气、水和植物的地球 ， 月球土壤（即月壤 ， 也叫风化层）的物理特性几乎完全是由撞击塑造的：大块的基岩在小天体的撞击之下被不断打碎、混合、翻动 ， 最终在月球表面形成了这层细腻的沙土层 。 太阳风和宇宙射线也能改变月壤的一些特性 ， 但这种影响更多的是化学成分上的 ， 例如在月壤颗粒中形成羟基和水 。 （详见：《自然·天文》：这一次 ， 我们在月球的光照区发现了水分子）（文章链接：https://mp.weixin.qq.com/s/jdyGdWlWwnX-jEpApxoW0g）
（左）月球浅表的垂直分布 ， 最上面那层细腻的表层就是月壤（风化层）
图片来源：参考文献[5] ；
（右）长期的撞击累积形成了月壤
图片来源：参考文献[6]
撞击坑会被侵蚀抹去 ， 但撞击打碎的月壤不会消失 。 表面越古老的区域 ， 经历的撞击就越多 ， 因此月壤层也就越厚 。
月壤增厚太慢了？
那么问题来了：月壤层是以相同的速度增厚吗？举个例子 ， 如果30亿岁的地方月壤有3米厚 ， 那是不是35亿岁的月壤有3.5米厚 ， 40亿岁的地方月壤就应该有4米厚？
那可不会 。
1969-1972年间 ， 6次阿波罗载人登月任务带回了月球岩石和土壤样品 ， 通过对这些月球样品进行放射性定年 ， 我们可以知道这几处样品的绝对年龄 。 同时 ， 其中四次登月任务还通过月震实验直接探测到了采样点地下的月壤厚度 。
结果似乎有点不太对劲：年龄跨度长达32-38亿岁阿波罗12、15、17、11号样品 ， 所在区域的月壤始终只有大约4米厚——月壤在这6亿年里似乎几乎没有增厚嘛 。
（左）月壤厚度随年龄线性增厚示意图 ， 但实际并不会这样；（右）实际阿波罗样品的年龄和采样点月壤厚度的关系
图片来源：改编自参考文献[2]
问题在于 ， 实际情况要复杂得多：因为地月系统受到的撞击量是随着时间越来越少的 ， 所以月壤的增厚也理应越来越慢；更何况 ， 即使撞击频率是不变的 ， 随着月壤的增厚 ， 后来的撞击应该越来越难击穿月壤 ， 砸碎月壤下的基岩 ， 进而产生新的月壤了 。 总之 ， 月壤的增厚本来就是越来越慢的 。
实际情况下 ， 月壤的理论增厚速度也是越来越慢的
也就是说 ， 直接对比某两个不同时间段里的月壤增厚速率是不够的 ， 还得把月壤本身增厚越来越慢这个因素考虑进去 。
小撞击体变多了
考虑了这些因素之后 ， 是不是就可以和阿波罗样品的四个点对比了呢？且慢！
毕竟 ， 阿波罗月震实验测量的其实只是脚下那几个采样点而已 ， 可能刚好是个月壤特别厚或者特别薄的点 ， 甚至不一定能代表采样区一带的情况 。 更何况 ， 放眼全月不同区域 ， 月壤厚度和年龄也有这样“不正常”的关系吗？
还真有 。
作者团队认真梳理了包括四个阿波罗采样点在内 ， 全月13个不同区域的年龄（撞击坑定年）和月壤厚度 ， 其中最年轻的区域只有8亿岁 ， 月壤厚度中位数0.94米 ， 最古老的区域有39亿岁 ， 月壤厚度中位数4.12米 。
（左）月面13处考察区域；（右）各区域的年龄和月壤厚度之间的关系 。 红线是实际拟合曲线 ， 黑线是固定撞击频率下的理论曲线
图片来源：改编自参考文献[2]
结果更加amazing 。 从39亿年前到大约35亿年前这4亿年里 ， 月壤增厚了1米 ， 而从35亿年前至今 ， 月壤增厚了3米 。
唉？这么算来岂不是35亿年前增厚的速度更快？冷静！别忘了我们前面说的 ， 撞击量也在不断减少呢 。 月球上直径1公里以上的撞击坑大多可以保留至今（由直径大于50米的撞击体产生） ， 而从这个尺寸的撞击坑数目来看 ， 39到35亿年前这4亿年里月球受到的撞击量是之后35亿年被撞总和的三倍多！所以按理来说 ， 如果直径小于50米的那些撞击体也这么发挥的话 ， 那35-39亿年前这4亿年里 ， 月壤凭本事可以增厚9米（考虑到月壤增厚是越来越慢的 ， 实际增加的厚度大约应该是7米） ， 而不是仅仅1米 。
也就是说 ， 从月球诞生到35亿年前这段时间里 ， 月壤增厚速度没有按照本应有的水平发挥 ， 自己跟自己比——太慢了 。
在35亿年前左右应该发生了什么 ， 让月壤增厚速度发生了变化 。
如此算来 ， 唯一的解释就剩下了：地月系统受到的撞击大小频率在35亿年前后发生了改变 ， 直径小于50米的小撞击体超常发挥了 。 更具体地说 ， 是直径不足50米的撞击体里 ， 小撞击体相比于大撞击体变多了 ， 是这些变多的小撞击体“制造”了更多（或者说“额外”）份额的月壤 。
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