月亮可能是和平与安宁的象征，但在它的表面下描绘了一幅截然不同的画面。
我们亲爱的天然卫星的化学成分令人困惑，但现在新的证据表明，这是因为数十亿年前月球的地幔发生了一次令人难以置信的内向翻转。
表面上的东西往下坠，下面的东西浮出水面。
大多数科学家都认为，我们的天体伴星是在大约45亿年前形成的，当时一颗小行星撞上了尚处于婴儿期的地球，将熔岩喷射到太空中。
其中一大块继续冷却、凝固，形成了我们的月球。但困扰科学家们几十年的问题是:这一切究竟是如何发生的?
通过对50多年前阿波罗宇航员收集的岩石样本和理论模型的分析，专家们得出了一个令人惊讶的结论。
亚利桑那大学月球与行星实验室(LPL)的杰夫·安德鲁斯-汉纳(Jeff Andrews-Hanna)在新闻发布会上说:“我们的月球实际上是把自己从里到外翻转了。”
但是，他接着说:“在月球历史的这个关键阶段，几乎没有实物证据能揭示事件的确切顺序，而且在发生的细节上也有很多分歧——从字面上看。”
阿波罗11号宇航员收集的玄武岩熔岩样本显示钛的浓度高得惊人。
随后的卫星观测发现，这些富含钛的火山岩主要位于月球的近侧，但直到现在，它们是如何以及为什么在那里结束的仍然是一个谜。
因为月球形成得又快又热，所以它很可能被岩浆海洋所覆盖。然后，随着熔融岩石逐渐冷却和凝固，它形成了月球的地幔和明亮的地壳，当我们仰望我们的夜间伴侣时，我们看到。
但在地表以下的深处，年轻的月球处于一种颠倒的状态。
模型表明，岩浆海洋的最后渣滓结晶成密集的矿物，包括钛铁矿，一种含有钛和铁的矿物。
“因为这些重矿物比下面的地幔密度大，它造成了引力的不稳定，你会期望这一层更深地沉入月球内部，”LPL的梁伟刚说，他领导了一项关于月球地质的新研究。
在随后的几千年里，这种致密的物质确实沉入了内部。在那里，它与地幔混合，融化，并以富含钛的熔岩流的形式返回地表，这就是我们今天在地表看到的。
梁和他的同事在发表在《自然地球科学》杂志上的论文中探讨了以下问题:
这些物质是在一次形成的时候下沉，还是在月球完全凝固后一下子下沉?它是在全球范围内下沉，然后在近地面上升，还是迁移到近地面，然后下沉?它是沉成一大团，还是几个小团?
月球的近侧，其黑暗区域被富含钛的火山流覆盖，构成了从地球上看到的熟悉的月球景象。
这个黑暗的所谓“mare”区域被线性重力异常的多边形图案所包围，科学家们认为这是沉入内部的致密物质的残留物。
它们的存在为40多亿年前月球地幔倾覆的性质提供了第一个物理证据。
“在没有证据的情况下，你可以选择你最喜欢的模型，”柏林德国航空航天中心的共同首席作者阿德里安·布罗奎特指出。
“每个模型都对月球的地质演化有着深远的影响。”
由北京大学的张楠(新论文的另一位合著者)领导的先前研究中使用的模型预测，地壳下的富钛物质层首先迁移到月球的近侧——可能是由月球远侧的巨大撞击引发的——然后以片状板的网络沉入月球内部，像瀑布一样翻滚到月球内部。
但是当这些物质下沉时，它在地壳下留下了一小块富含钛的致密物质的遗迹，这些物质以相交线状体的几何图案的形式存在。
“当我们看到这些模型预测时，就像一个灯泡亮了，”安德鲁斯-汉纳回忆说，“因为当我们观察月球重力场的细微变化时，我们看到了完全相同的模式，揭示了潜伏在地壳下面的密集物质网络。”
在这项新研究的一系列模拟中，作者展示了月球近侧的引力异常如何与致密岩石的存在和位置相一致，这些岩石含有自月球婴儿期以来保存下来的致密矿物。
梁说:“我们的分析表明，这些模型和数据讲述了一个非常一致的故事。”
“钛铁矿材料迁移到月球近侧，并以片状瀑布的形式沉入月球内部，留下了导致月球重力场异常的痕迹。”
研究小组还精确地确定了地幔倾覆发生的时间:大约42.2亿年前，月球形成后不久。
布罗奎特说:“分析月球重力场的这些变化，让我们得以窥探月球表面之下，看看下面是什么。”
此外，虽然探测到的月球重力异常为月球内部致密层的下沉提供了证据，以及这一事件发生的方式和时间，但我们在月球表面看到的情况为这个故事增添了更多的悬念。
安德鲁斯-汉纳说:“月球在各个方面都是不平衡的。”他解释说，面向地球的近地面——尤其是被称为Procellarum的黑暗区域——海拔较低，地壳较薄，大部分被熔岩流覆盖，并且含有高浓度的钛和钍等典型稀有元素。
远端在这些方面各不相同。不知何故，月球地幔的翻转被认为与近侧Procellarum地区的独特结构和历史有关。但这一推翻的细节一直受到激烈的科学辩论的影响。
梁强调说:“我们的工作将月球内部结构的地球物理证据与月球演化的计算机模型联系起来。”
安德鲁斯-汉纳补充说:“我们第一次有了实物证据，向我们展示了在月球进化的关键阶段，月球内部发生了什么，这真的很令人兴奋。”
“事实证明，月球最早的历史是在月球表面以下写成的，我们只需要将模型和数据正确地结合起来，就能揭开这个故事。”
