/ 嫦娥樣品揭示月球演化新證據

嫦娥五號探測器帶回的月球樣品顯示月球在 20 億年前仍有活動，刷新了人們對月球演化歷史的認知。

2021 年 10 月，國際知名學術期刊《科學（Science）》雜志和《自然（Nature）》雜志先后發表了 4 篇基于中國嫦娥五號月球樣品的研究結果的論文，為月球熱演化和化學演化提供了新知。這些火山巖樣品屬于玄武巖，是迄今通過直接測年所知最年輕的月球樣品，年齡在 20 億年左右。研究表明，月球在 20 億年前仍有活動，比阿波羅計劃樣品年輕了約 10 億年。有人形象地概述為：中國月壤樣品讓月球變 " 年輕 " 了。

嫦娥五號月壤樣本

2020 年 12 月 17 日，嫦娥五號將約 1.73 千克的月球物質帶回了地球，距離之前美國阿波羅號和蘇聯 Luna 月球探測器帶回月球樣本已經過去了 40 多年。嫦娥五號選擇的著陸點是月球北半球風暴洋中呂姆克山附近。這片區域形成于火山噴發之后，是最年輕的月海玄武巖區域之一。這些火山巖記錄了月球熱演化和化學演化的歷史。

月球火山表面樣本

之前對月球樣本進行的放射性同位素測年顯示，大部分月球火山活動在約 29-28 億年前停止。撞擊坑計數定年法是另一種計算行星表面年齡的方法，該方法預測月球可能在 30-10 億年前還有火山流，提示火山活動的持續時間可能比之前認為的更久。但由于缺少返回樣品用于校準，后一種定年法存在很大的不確定性。

10 月 7 日， 中國地質科學院地質研究所北京離子探針中心劉敦一團隊等在《科學》雜志上發表論文，對嫦娥五號月球玄武巖進行的年代學、元素、同位素分析表明，月球在距今 19.6 億年前，仍存在巖漿活動，將月球地質壽命延長了約 10 億年，為完善月球演化歷史提供了關鍵科學證據。這也是對嫦娥五號月球樣品做出的首篇學術論文。

10 月 20 日，中科院地質與地球物理研究所李獻華團隊等、 胡森團隊等、楊蔚團隊等在《自然》雜志上同期發表 3 篇論文，宣布了對嫦娥五號樣品的分析發現。

根據月巖同位素定年結果，精確測定了嫦娥五號月球樣品玄武巖年齡為 20.30 ± 0.04 億年前，并且研究發現嫦娥五號玄武巖來自克里普（KREEP ——指稀土元素、鉀元素、磷元素）組分虧損的源區。樣品中的產熱元素含量低于預期，暗示了月球冷卻的速度可能比之前想的更慢。對嫦娥五號玄武巖中的磷灰石和鈦鐵礦包裹的熔體包裹體開展水含量和氫同位素分析，估算嫦娥五號玄武巖月幔源區的最高水含量小于 5 微克 / 克，推測其母巖漿的水含量低于來自更古老火山活動區域的樣品 （40-28 億年前噴發的玄武巖），這些年輕玄武巖的來源在漫長的火山活動中逐漸脫水，這與火山活動至少持續至 20 億年前的觀點一致。

嫦娥五號玄武巖年齡數據對月球撞擊坑統計定年曲線提供了關鍵錨點，為月球巖漿和熱演化歷史給出新認識。同時，這也引發了一個新的研究話題：為什么月球火山活動能持續如此之久？

月球玄武巖是月幔部分熔融形成的巖漿，經由火山噴發傳輸至月球表面，再經冷卻結晶所形成的巖石。由于月球核心 " 已死 "，只能慢慢冷卻的月球怎么能讓月幔發生部分熔融呢？通常認為有兩種可能的途徑：①加熱（如放射性元素生熱）；②降低熔點（如月幔富含水或其它揮發分）。然而，嫦娥五號樣品所傳遞出的信息，月幔源區既不富含放射性生熱元素——否定了主流假說①，又沒有很多水——否定了主流假說②。

就在本月，中國科學院地質與地球物理研究所的研究團隊又在新一期《科學進展（Science Advances）》雜志上發表論文，提出了新的觀點。研究表明，與阿波羅樣品相比，年輕的嫦娥五號玄武巖的初始巖漿中含有更多的鈣和鈦，以及更多的單斜輝石 - 鈦鐵礦堆晶體。這部分物質恰恰是月球巖漿洋晚期結晶的產物，且具有易熔的特性，它們的加入會顯著降低月幔的熔點，從而誘發月幔部分熔融和更年輕的火山活動，于是也就形成了更年輕的月球玄武巖。嫦娥五號玄武巖與阿波羅玄武巖起源深度大致相當（~450-600km），但嫦娥五號玄武巖的形成溫度更低，模擬計算結果顯示，月球內部經歷十幾億年的持續冷卻，溫度僅僅降低了約 80 攝氏度。

圖源 / 中國科學院地質與地球物理研究所

月球不同時期巖漿及熱演化示意圖。/ 中國科學院地質與地球物理研究所

自從 2021 年 4 月 13 日，嫦娥五號任務第一批月球樣品信息和科學數據上線發布至今，已有 5 批次 184 份共計 65.104 克樣品分配給了幾十個研究機構 100 多個研究團隊。這些樣品正在源源不斷地產出新的研究成果，不斷豐富著我們對月球的認知。