月球生热元素的运移: 月球正-背面非对称结构的控制机制

The nearside-farside dichotomy of the Moon is fundamental to understanding its evolution. This dichotomy is clearly manifested in the nearside low elevation vs. farside high elevation. Also, this dichotomy extends to lunar petrological distribution. The nearside has widely distributed Mare Basalts, while the farside is covered only by anorthosite. Planetary scientists use both interior dynamics and impact dynamics to understand this lunar hemispheric dichotomy. Following the physics of interior dynamics, our study tries to use numerical modeling to tackle with the evolution of this lunar hemispheric dichotomy. One of the major driving forces in interior dynamics is the heat producing elements (HPE) of the planet. Lunar current HPE distribution shows a strong correlation with Mare Basalts location as well as the lunar volcanism places. Aiming to the physical mechanism for forming the lunar hemispheric dichotomy, our study will concentrate on the migration of HPE through lunar magma ocean, mantle overturn, and the lunar plume activity, and explore the connections between HPE migration and the lunar various structures. ..Our study is going to be the first one to integrate the migration of HPE through lunar magma ocean, mantle overturn, and the lunar plume activity. It helps identifying the unclear interior structures and forming unified lunar evolution model.

月球地表正-背面的不对称性是目前无法解释的一个重要科学问题。这种不对称，不仅表现在月球正面呈低地、背面呈高地；而且还表现在，正面广泛分布月海玄武岩，背面只分布古老的斜长岩。行星科学家们试图从行星内部动力学或天体撞击动力学方面来理解月球的这个结构。本研究选择从行星内部动力学角度，用数值模拟方法结合最新的观测，试图理解这个非对称结构的形成和演化。在行星内部动力演化中，生热元素运移起着极大控制作用。月球观测显示其生热元素空间分布和月海玄武岩分布（也即火山活动位置）呈现正相关。因此，本研究将从月球岩浆洋后期分层结晶开始，系统研究月球生热元素在月幔反转和月球火山过程中的演化。这个演化直接影响月球地形和岩石分布，能揭示驱动月球正-背面不对称结的机制。.由此，本研究将是全球首次整合月球生热元素从浆海结晶分层、重力下沉、和生热上升整个过程来理解月球非对称结构，并帮助确定月球未定结构，形成连续演化模型。

该研究执行4年来已发表3篇与月球生热元素演化文章，还有1篇月球演化文章在Nature Geoscience审搞的第2轮。这个项目在执行过程中恰逢几次嫦娥计划的实施，给予本研究与实际观测对比的便利。也帮助本研究设定了以后几次嫦娥任务相关科学问题为探索的目标。在设定的和新涌现的大量科学问题背景下，本项目进展顺利。我们发展的月球结晶和重力翻转模型收到较多关注（近一年引用较高），在Nature Geoscience第2轮审搞的文章解决了长期困扰月球科学家生热元素在近地面北面富集的问题。. 我们的研究方法主要是行星尺度的并行计算，在项目执行过程中培养了学生的超算能力。但是项目执行的进度也受学生学习超算速度的影响。让我们深刻意识到行星动力学需要培养学生超算能力的重要性。. 本项目也同时支持了另外4篇地球动力学研究的文章。