我們對月球的認識，又有了新突破！
記者從日前召開的第一屆嫦娥五號月球樣品研究成果研討會上獲悉，嫦娥五號月球樣品研究取得系列原創(chuàng)性成果。這些成果涉及月壤樣品基本特性和新物質(zhì)、月球火山活動歷史及年輕火山活動成因、月球水和揮發(fā)分的含量與來源、月球表面隕石撞擊和太空風化作用等。
時間回溯到兩年多前。2020年12月17日，嫦娥五號樣品艙成功著陸在我國內(nèi)蒙古四子王旗，帶回1731克月球樣品，這是我國首次完成地外天體樣品采集，也是人類時隔44年后再次帶回新的月球樣品。為了開展科學研究，我國已五次向國內(nèi)外科研單位分發(fā)共計198份樣品。科學家通過對這些樣品的研究，不斷揭曉更多關于月球的秘密。
嫦娥五號探測器在月球表面展示國旗。（國家航天局供圖）
揭秘月球年輕火山成因之謎
2021年，我國科學家通過對嫦娥五號月球樣品中玄武巖的研究，證實月球火山活動可以一直持續(xù)到20億年前。這不僅刷新了人類對月球巖漿活動和熱演化歷史的認知，也提出了新的科學問題——月球火山活動為什么持續(xù)如此之久？
針對這一科學問題，中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所研究團隊采用新研發(fā)的掃描電鏡能譜定量掃描技術，分析了巖屑的全巖主量成分，結合一系列巖漿分離結晶模擬和熱力學模擬計算，恢復了嫦娥五號玄武巖和阿波羅低鈦玄武巖的初始巖漿成分，限定了不同時期月球火山巖的源區(qū)組成，獲得了它們?nèi)廴诘臏貕簵l件。研究發(fā)現(xiàn)，與古老的阿波羅低鈦玄武巖相比，年輕的嫦娥五號玄武巖的初始巖漿含有更高的鈣和鈦，推測可能因為源區(qū)含有更高的巖漿洋晚期形成的單斜輝石-鈦鐵礦堆晶體，導致月幔熔點降低，誘發(fā)年輕火山的形成。
專家評審認為，此研究工作量化了月球內(nèi)部緩慢冷卻的熱演化過程，為“月球年輕火山成因”這一重要科學問題提供了全新的解釋，將深化我們對月球的起源和演化的認識。
獲得月壤玻璃珠年齡
月壤中含有大量玻璃，它們是了解內(nèi)太陽系撞擊歷史的重要研究對象，能夠反映月殼物質(zhì)組成和內(nèi)太陽系的撞擊動力學。
中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所、中國地質(zhì)大學（武漢）、澳大利亞科廷大學和國立大學、布朗大學、曼徹斯特大學、山東省地質(zhì)科學研究院、瑞典自然歷史博物館、諾特丹大學的學者組成的國際研究團隊，對嫦娥五號月壤中的玻璃珠開展了系統(tǒng)的離子探針U-Pb定年，建立撞擊濺射物數(shù)值模擬等方法，獲得嫦娥五號撞擊玻璃球粒準確的撞擊年齡，并限制了月球上撞擊玻璃球粒的傳輸距離應小于150千米。通過與撞擊坑頻率年齡對比，初步確定了產(chǎn)生嫦娥五號撞擊玻璃球粒的源撞擊坑，并分析了撞擊玻璃球粒的年齡分布與內(nèi)太陽系撞擊體遷移的動力學過程，表明月球撞擊通量變化可能與小行星帶動力學過程有關。
國家航天局介紹，該研究工作首次獲得了嫦娥五號月壤中的多組撞擊玻璃球粒年齡，并與著陸區(qū)撞擊坑關聯(lián)，證實了月球20億年以來撞擊頻率隨著時間而變化。這意味著地球歷史上經(jīng)歷過撞擊頻率高于平均水平的時期，為地月系統(tǒng)撞擊歷史研究提供新的方向。
發(fā)現(xiàn)高含量的太陽風成因水
相比于美國阿波羅和蘇聯(lián)月球號在月球低緯度采集月球樣品，嫦娥五號所采集的中緯度月球樣品，為探究月表水含量和保存機制提供了全新的窗口。
中國科學院地球化學研究所研究團隊對嫦娥五號月壤中的輝石、橄欖石和斜長石礦物開展研究，分析了不同礦物中水的成因、含量與賦存狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)嫦娥五號礦物表層中存在大量的太陽風成因水，估算出太陽風質(zhì)子注入為嫦娥五號月壤貢獻的水含量至少為170ppm（即100萬分之170）。結合透射電鏡與能譜分析，揭示了太陽風成因水的形成和保存主要受礦物的暴露時間、晶體結構和成分等影響。
“此工作證實了月表礦物是水的重要'儲庫’，為月表中緯度地區(qū)水的分布提供了重要參考。”國家航天局表示。
發(fā)現(xiàn)月壤成分和新礦物
科學家很好奇，嫦娥五號月球樣品是否可以代表著落區(qū)玄武巖的平均化學成分？這些月壤中，是否有我們還未發(fā)現(xiàn)過的新物質(zhì)？
中國地質(zhì)大學（武漢）研究團隊針對月壤樣品建立一種新的分析技術，在最低2毫克樣品極低損耗量情況下，同時準確測定了月壤中48種主量和微量元素含量。通過多次分析研究表明，嫦娥五號鏟取的月壤很均勻，可以代表著落區(qū)玄武巖的平均化學成分。而且，通過與美國和蘇聯(lián)的月球樣品的對比，科學家發(fā)現(xiàn)嫦娥五號樣品在化學成分上富鐵、中鈦、富釷。此外，鎳含量遠高于玄武巖，這表明有隕石加入。根據(jù)鎳含量估算，有1%左右的隕石物質(zhì)加入到月壤中。
除了揭曉月壤成分特征，科學家還發(fā)現(xiàn)了一種從未見過的全新礦物質(zhì)——“嫦娥石”。
核工業(yè)北京地質(zhì)研究院通過對嫦娥五號月球樣品進行詳細研究，在十四萬個月壤顆粒里找到了一個可以解結構的嫦娥石顆粒，由此發(fā)現(xiàn)了一種全新的礦物質(zhì)，并將其命名為“嫦娥石”。這是人類在月球上發(fā)現(xiàn)的第六種新礦物，我國成為世界上第三個在月球發(fā)現(xiàn)新礦物的國家。
國家航天局指出，這項發(fā)現(xiàn)增添了礦物族新成員，特別是外星體礦物新成員，為月球、行星科學研究提供了新的科學數(shù)據(jù)，具重大科學意義。而且，通過對“嫦娥石”形成條件的研究，可以為分析月球巖漿演化提供線索。
據(jù)國家航天局介紹，除上述代表性成果外，嫦娥五號月球樣品相關研究已有50多項成果在國內(nèi)外重要學術期刊發(fā)表，推動我國月球科學研究進入國際前沿。
（光明日報全媒體記者陳海波）
來源：光明日報全媒體記者陳海波
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