嫦娥六號(hào)月壤樣本新成果在兩大頂刊發(fā)布 為月球演化研究提供關(guān)鍵證據(jù)

11月15日，中國科學(xué)家采用嫦娥六號(hào)采回的月球背面樣品做出的首批兩項(xiàng)獨(dú)立研究成果，同時(shí)刊登在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》與《科學(xué)》雜志。兩項(xiàng)研究首次揭示月球背面約28億年前仍存在年輕的巖漿活動(dòng)，這一年齡填補(bǔ)了月球玄武巖樣品在該時(shí)期的記錄空白。其中一項(xiàng)研究表明月背巖漿活動(dòng)42億年前就存在，至少持續(xù)了14億年。這些研究為人們了解月球演化提供了關(guān)鍵科學(xué)證據(jù)。

國際科學(xué)界通過阿波羅任務(wù)、Luna任務(wù)等認(rèn)識(shí)到月球正面最古老的月海火山活動(dòng)可以追溯至40億年前。2021年以來，中國科學(xué)家通過嫦娥五號(hào)返回的月壤樣本，證明月球正面20億年前仍然存在較大規(guī)模的巖漿活動(dòng)，并利用嫦娥五號(hào)樣品中的火山玻璃珠揭示了月球正面甚至在1.2億年前還存在小規(guī)模的火山活動(dòng)。

由于月球具有“二分性”，月球正面和背面在形貌、成分、月殼厚度、巖漿活動(dòng)等方面存在顯著差異，但其形成機(jī)制仍然懸而未決，是月球科學(xué)研究中亟待解決的關(guān)鍵問題。此前，科學(xué)界對(duì)于月球背面的認(rèn)識(shí)主要基于遙感研究，2024年6月25日，我國嫦娥六號(hào)月球探測(cè)器在人類歷史上首次攜帶1935.3克月球背面樣品返回地球，這些樣品采集于月球背面的南極艾特肯盆地，該盆地是月球上最大、最深且最古老的盆地，為厘清月球正面和背面物質(zhì)組成的差異、破解月球二分性之謎提供了難得的機(jī)遇。

月海玄武巖由月幔發(fā)生部分熔融產(chǎn)生的巖漿上升噴發(fā)至月表形成，是探索月球內(nèi)部物質(zhì)組成和熱演化的重要窗口。因此嫦娥六號(hào)返回樣品研究的首要任務(wù)就是確定玄武巖巖屑的年齡和巖漿源區(qū)性質(zhì)。

在發(fā)表于《自然》的研究中，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員李獻(xiàn)華和研究員李秋立，與來自中國科學(xué)院國家天文臺(tái)的研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)5克月壤中分選出大于300微米的108顆玄武巖巖屑定年研究的結(jié)果，揭示嫦娥六號(hào)著陸點(diǎn)28（28.07±0.03）億年前存在火山活動(dòng)，且?guī)r漿來自虧損克里普物質(zhì)（KREEP，富集鉀（K）,稀土（REE）和磷（P）等元素的物質(zhì)）的源區(qū)；其中一顆高鋁玄武巖巖屑揭示42億年前存在來自富集克里普物質(zhì)源區(qū)的火山活動(dòng)。

綜合來看，月球背面火山活動(dòng)至少持續(xù)了14億年以上，且月幔源區(qū)經(jīng)歷了從克里普物質(zhì)富集到虧損的轉(zhuǎn)變。此外，同位素定年結(jié)果與撞擊坑統(tǒng)計(jì)定年結(jié)果基本一致，指示了月球正面和背面遭受隕石撞擊的概率相當(dāng)。

《自然》多位審稿人指出這是一項(xiàng)“令人興奮”的研究，研究團(tuán)隊(duì)采取細(xì)致謹(jǐn)慎的態(tài)度首次對(duì)月球背面玄武巖進(jìn)行了地質(zhì)年代學(xué)分析，提供了高質(zhì)量、高水準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。其中一位審稿人表示：“這是第一個(gè)來自嫦娥六號(hào)樣本的地質(zhì)年代學(xué)研究，對(duì)月球和行星科學(xué)界具有重要意義，也會(huì)引起更廣泛的關(guān)注。”

圖1 嫦娥六號(hào)返回月壤樣品中記錄的兩期玄武質(zhì)火山活動(dòng)及其月幔源區(qū)性質(zhì)示意圖

在發(fā)表于《科學(xué)》的研究中，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所研究員徐義剛和高級(jí)工程師張樂領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)對(duì)玄武巖屑中微小含鋯礦物（<5微米）以及斜長石和晚期填隙物開展了同位素分析，標(biāo)定嫦娥六號(hào)低鈦玄武巖形成于距今28.3億年前的火山噴發(fā)，并指示其具有一個(gè)十分虧損不相容元素的月幔源區(qū)。這樣的月幔源區(qū)難以發(fā)生顯著規(guī)模的熔融及相應(yīng)的玄武巖火山活動(dòng)，并最終導(dǎo)致了南極艾特肯盆地內(nèi)缺乏大規(guī)模的月海玄武巖。

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，月球背面的月殼較厚，抑制了月海玄武巖噴發(fā)，導(dǎo)致月球正面和背面的月海分布不對(duì)稱。但這不能解釋為什么月殼很薄的南極艾特肯盆地也匱乏大規(guī)模的月海玄武巖。此次研究表明，月海玄武巖的分布除受月殼厚度影響外，月幔源區(qū)的物質(zhì)組成也是重要的控制因素。

《科學(xué)》雜志審稿人認(rèn)為，該研究報(bào)道了從月球背面返回的嫦娥六號(hào)月壤中的玄武巖巖屑的巖相分析、高精度年齡和同位素特征。這些樣品是首次在月球背面采集的，因此為認(rèn)識(shí)整個(gè)月球的地質(zhì)歷史提供了獨(dú)特的視角。“研究結(jié)果新穎，它們將引起廣大讀者的興趣。”一位審稿人寫道。（光明網(wǎng)記者宋雅娟）

來源： 光明網(wǎng)