嫦娥六号月壤研究成果上新 揭开“月之暗面”神秘面纱

  科研人员查看岩屑显微镜成像照片。国家天文台供图

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  大约42.5亿年前，月球形成初期，一颗直径约200公里的天体撞击月球南极，形成了一个直径约2500公里、深度达百公里的岩浆池，这就是现在月球背面的南极-艾特肯盆地，也是月球三大构造单元之一。

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  斗转星移，随着岩浆池冷却结晶，诸如橄榄石、辉石等重的矿物沉到底部，形成下月幔；长石等轻的矿物则浮到顶部，形成月壳。这里形成了月球上特定的岩石——南极-艾特肯撞击熔岩，被科学家命名为南极-艾特肯苏长岩。

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  撞击导致下部的月幔发生熔体抽取、变得“非常贫瘠”“极度亏损不相容元素和水”。理论上说，“极度亏损”这些物质的月幔是不会再熔融的。但约28亿年前，月球内部活力突然增强，触发月幔产生熔融，从而引起了火山喷发。火山喷发的熔岩记录下了这次月球内部活力增强的事件。

  “这就是我们所说的‘大撞击理论’和‘岩浆洋理论’。”在中国科学院7月9日举行的新闻发布会上，中国科学院院士、中国科学院地质与地球物理研究所研究员吴福元生动描绘了月球演化进程。当天，他还公布：我国科研团队利用嫦娥六号采回的月球背面样品取得的4项最新研究成果，以封面文章形式发表于国际学术期刊《自然》杂志。

  这4项研究分别揭示了月背岩浆活动、月球古磁场、月幔水含量及月幔演化特征，首次为人类揭开了月球背面的演化历史，取得多个“首创性”的关键进展。

  此前，科学界对于月背的认识主要基于遥感研究。“如今我国科学家从嫦娥六号月球样品中获得的一系列重要发现，正不断颠覆和刷新人类对月球的认知。”中国科学院院士王赤说。

  科研团队向超导磁力仪中放置月壤样品。中国科学院地质与地球物理研究所供图

  “嫦娥”发射升空前，科研计划已“上线”

  长期以来，人类都对难以企及的“月之暗面”充满着好奇，科学家们也在不懈探索月球“二分性”之谜。

  与地球类似，月球自内向外分别由月核、月幔与月壳构成。但月球的正面和背面差异巨大：正面相对平坦，有广阔的玄武岩平原；背面则高地遍布，月海稀少……月球“二分性”就是指其正面和背面在形貌、成分、月壳厚度、岩浆活动等方面存在显著差异。

  2024年6月，嫦娥六号成功携带1935.3克月背月球样品返回地球，为人类带来了解码月球演化历史的“钥匙”。美国科学院院士理查德·卡尔森评价：“嫦娥六号最令人印象深刻的是，它成功在先前被认为无法到达的月球着陆点执行采样返回任务。最关键的是，它从月球背面靠近南极-艾特肯盆地的区域带回了样本。”

  此次成果研究论文第一作者、中国科学院国家天文台副研究员周琴及其团队，对嫦娥六号返回样品的玄武岩屑进行分析，包括观察岩石结构、矿物成分和特殊的“化学指纹”（Sr-Nd同位素）分析。

  结果发现，形成这些玄武岩的“初始原料”——月球内部的深处物质，状态极其“贫瘠”，科学上称为“超亏损”。周琴说：“这些为我们了解月球早期内部如何分层、冷却和演化提供了独一无二的信息，是揭开月球正背面巨大差异之谜的关键一步。”

  中国科学院院士李献华表示，系列成果首次系统揭示了南极-艾特肯大型撞击效应，这是月球科学的一级科学问题，也是未来研究的重要方向。

  其实，早在嫦娥六号发射升空的一年前，各项科研计划就已“上线”。

  吴福元介绍，2023年5月，地质与地球物理研究所在嫦娥五号样品研究的基础上，成立专门的工作组，每周开展科学研讨。

  2024年5月3日嫦娥六号发射当日，地质与地球物理研究所在文昌航天发射场就地成立了一支嫦娥六号“突击队”，由该所研究员杨蔚担任队长。5月31日，地质与地球物理研究所部署嫦娥六号样品重点项目。“我们设置了四大研究课题，其中课题2是嫦娥六号样品实验分析，我们做了7个方面的详细设计。”吴福元说。

  8月24日，该所李秋立、杨蔚、蔡书慧3位研究人员终于盼来了他们心心念念的嫦娥六号月球样品。“目标明确，紧张有序，方案周密，协同奋战”，这是当天的嫦娥六号返回月球样品研究项目启动会上，嫦娥六号“突击队”喊出的口号。

  9月10日，各团队就已完成玄武岩年代、岩石学、地球化学、含水量、磁学、稀有气体等6篇研究论文的投稿。

  在嫦娥六号任务中，国家天文台承担了从科学目标设计、着陆点选址，到载荷指令上行、数据接收处理，再到样品解封、制备、分析的全链条工作。中国科学院广州地球化学研究所建立了以院士领衔、汇集全所三十几位青年科研工作者的研究小组，制订了从样品前处理、图像学工作到成分定年、微量元素分析、同位素分析的测试计划，甚至具体到每人每天。

  李林曦是地质与地球物理研究所一名00后在读博士生，同时也是月幔水含量论文的共同第一作者，回忆那段时光，他说：“收到嫦娥六号月球样品之后，各课题组的导师们立马开启集中攻关，一起研究、一起写论文。”他所在的“月球挥发分”课题组，基本上是按照“三班倒”进行实验和论文修改工作。

  令他最激动的是，测试到可以证明月背内部“超干”特性的月球含水量数据，“当时就觉得几天的夜没有白熬”。

  来自同一课题组的博士后何会存也认为：“这是因为前期大量的‘预演’、预实验，把该踩的坑都踩过了，所以对研究结果有预期，也能在关键时刻快速有效地交出一份满意答卷。”

  科研团队讨论实验数据。广州地球化学研究所供图

  从一颗“岩屑”中探知整个宇宙

  发布会现场，中国探月工程一期首席科学家、中国科学院院士欧阳自远表示，长期以来，“美苏样本”仅揭示了月球40亿年前至30亿年前的片段，“相当于我们只知道月球的青壮年期”，月球演化的历史图谱是一幅“残卷”。

  嫦娥五号从月球正面采回了迄今最“年轻”的、约20亿岁的月球火山岩；嫦娥六号样品最古老的玄武岩可追溯至42亿年前，那时月球仅形成2亿-3亿年。从嫦娥五号到嫦娥六号的样品研究，为月球演化历史补上了关键几笔。

  中国科学家的研究成果率先解开月球研究中“一老”“一新”两大核心问题。“可以说开创了月球研究的新时代，作出了重要贡献。我也一直感受到你们工作的努力，谢谢你们！”欧阳自远动情地说。

  从嫦娥五号到嫦娥六号，南京大学一批批青年学子来到地质与地球物理研究所实习、工作，已在老一辈科学家的指导下发表论文29篇，逐步开始“挑大梁”。

  李林曦小时候很喜欢捡各种“小石头”，本科就读于南京大学岩石学专业。大三暑假，他来到地质与地球物理研究所实习，参与了嫦娥五号的样品研究工作。

  他告诉中青报·中青网记者，“在嫦娥五号任务之前，我国探测器还未获得地外样品，我也在学习样品分析的流程；而现在嫦娥六号样品研究，大家在前期就划分了明确的时间点、任务，集中协作攻关。包括我在内的很多同学，也能在自己的科研工作中独当一面了。”

  从一颗“岩屑”中探知整个宇宙，这也是“探月者”的工作。此次发布的4项最新研究成果中，地质与地球物理研究所博士后张谦主要参与了嫦娥六号玄武岩样品的高精度年代学分析工作。“相对于嫦娥五号月壤主要由采样点‘本地’的玄武岩风化破碎形成，嫦娥六号月壤具有更多的‘外来’物质、明显更加复杂。这对年代学研究提出了更高的要求，需要将每一颗微小的‘岩屑’当成独立样品看待，尽可能给每一颗‘岩屑’进行定年。”

  功夫不负有心人，张谦所在团队对嫦娥六号月壤样品中具有代表性的108颗玄武岩岩屑系统开展了岩相学和年代学分析，发现其中107颗玄武岩岩屑形成于采样点本地28亿年前的火山喷发，此外还发现了一颗特殊的“高铝”玄武岩岩屑，它的形成年龄为42亿年前，是从月球背面其他玄武岩区域溅射而来。

  此次发布研究成果中，参与月幔水含量研究的何会存，同样参与了嫦娥五号的样品分析工作，“嫦娥五号把遥不可及的‘月亮’带到我们面前，给我机会近距离欣赏她；而嫦娥六号揭开了‘月之暗面’的神秘面纱。这些研究都非常有趣，得到的研究成果令人振奋！”

  按计划，我国将在2026年前后发射嫦娥七号，对月球南极的环境和资源进行勘测；2028年前后将发射嫦娥八号，验证月球资源的就地利用技术，也为后续月球科研站建设奠定基础。

  何会存说：“月壤的获得是中国航天的壮举，也给我们青年科研人员提供了舞台和机会，我们赶上了好时候！‘我们的征途是星辰大海’正在一步步走向现实。”（见习记者 李思 记者 樊未晨）