4月17日，日本爱媛大学先端研究院地球深部动力学研究中心的Gréaux Steeve副教授等人的研究团队宣布，通过测定在类似月球内部的高压高温条件下形成的月球地幔组成矿物——斜方辉石的弹性波速度（P波和S波速度），揭示了月球上部地幔中可能含有比此前认为更多的铁。该现为理解地球-月球的演化提供了线索。相关成果已发表在《Geophysical Research Letters》的2月8日刊上。
图1 通过测定月球构成矿物的弹性波速度，探索月球内部结构（供图：爱媛大学）
月球被认为是在约45亿年前，由一颗火星大小的原始天体忒伊亚撞击年轻的地球形成的。诞生之初的月球处于被称为“岩浆海洋”的高温熔融状态，在其后的冷却过程中，不同矿物的组成和铁含量不同的各层结发生晶化，形成了如今的内部结构。
月球几乎不存在像地球那样的板块构造运动。因此，一般认为其内部结构较好地保留了形成当时的状态，研究月球内部有望促进对早期地球的组成及地球-月球演化过程的理解。
关于月球内部的信息，主要根据NASA阿波罗计划在月球设置的地震仪所获得的月震数据来推断。
为了将地震波速度与具体的矿物组成相关联，需要在高压高温条件下测定构成月球地幔的矿物的弹性波速度，此前相关的物理数据调查一直较为匮乏。
此次，研究团队利用大型同步辐射设施SPring-8中设置的多面砧装置，在最高5.5万大气压、1000℃的高压高温条件下，测定了月球地幔主要矿物——斜方辉石的P波、S波速度及密度。
然后将获得的弹性波数据与富含铁的橄榄石的已有数据相结合，计算出了月球上部地幔岩石模型的地震波速度和密度。
结果发现，要解释月球上部地幔（深度40～740公里）的地震观测数据，需要地幔组成中含有约20摩尔％的铁。这表明月球地幔可能比既往模型含有更多的铁成分。
由此判断，引发巨型撞击的天体忒伊亚，其密度与含铁量或高于以往的推测。此外研究团队还发现，早期月球或曾存在更为剧烈的火成活动与内部地质运动。
Gréaux Steeve副教授表示：“铁作为矿物构成元素很常见，但由于在实验室中合成含铁矿物的难度较高，目前富含铁的矿物的弹性数据仍然较少。未来，研究团队计划将自研检测技术拓展应用至更多矿物研究中，并将获得的成果用于推定其他天体的内部结构及动力学研究。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Geophysical Research Letters
论文：P- and S-wave Velocity Measurement of Lunar Orthopyroxene up to 5.5GPa and 1,273K: Implication for the Iron Content of the Lunar Upper Mantle
DOI：10.1029/2025GL118120
