嫦娥五號(hào)月壤揭示太陽(yáng)風(fēng)為月球帶來(lái)可利用的水，這張示意圖顯示了來(lái)自太陽(yáng)表面的高速氫離子注入月球表面并富集在月壤顆粒表層。新華社發(fā)（中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所供圖）
(相關(guān)資料圖)
我們對(duì)月球的認(rèn)識(shí)，又有了新突破！
記者從日前召開(kāi)的第一屆嫦娥五號(hào)月球樣品研究成果研討會(huì)上獲悉，嫦娥五號(hào)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(dòng)歷史及年輕火山活動(dòng)成因、月球水和揮發(fā)分的含量與來(lái)源、月球表面隕石撞擊和太空風(fēng)化作用等。
時(shí)間回溯到兩年多前。2020年12月17日，嫦娥五號(hào)樣品艙成功著陸在我國(guó)內(nèi)蒙古四子王旗，帶回1731克月球樣品，這是我國(guó)首次完成地外天體樣品采集，也是人類時(shí)隔44年后再次帶回新的月球樣品。為了開(kāi)展科學(xué)研究，我國(guó)已五次向國(guó)內(nèi)外科研單位分發(fā)共計(jì)198份樣品。科學(xué)家通過(guò)對(duì)這些樣品的研究，不斷揭開(kāi)更多關(guān)于月球的秘密。
揭秘月球年輕火山成因之謎
2021年，我國(guó)科學(xué)家通過(guò)對(duì)嫦娥五號(hào)月球樣品中玄武巖的研究，證實(shí)月球火山活動(dòng)可以一直持續(xù)到20億年前。這不僅刷新了人類對(duì)月球巖漿活動(dòng)和熱演化歷史的認(rèn)知，也提出了新的科學(xué)問(wèn)題——月球火山活動(dòng)為什么持續(xù)如此之久？
針對(duì)這一科學(xué)問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究團(tuán)隊(duì)采用新研發(fā)的掃描電鏡能譜定量掃描技術(shù)，分析了巖屑的全巖主量成分，結(jié)合一系列巖漿分離結(jié)晶模擬和熱力學(xué)模擬計(jì)算，恢復(fù)了嫦娥五號(hào)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(shí)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(hào)玄武巖的初始巖漿含有更高的鈣和鈦，推測(cè)可能因?yàn)樵磪^(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(dǎo)致月幔熔點(diǎn)降低，誘發(fā)年輕火山的形成。
國(guó)家航天局認(rèn)為，此研究工作量化了月球內(nèi)部緩慢冷卻的熱演化過(guò)程，為“月球年輕火山成因”這一重要科學(xué)問(wèn)題提供了全新的解釋，將深化我們對(duì)月球的起源和演化的認(rèn)識(shí)。
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(yáng)系撞擊歷史的重要研究對(duì)象，能夠反映月殼物質(zhì)組成和內(nèi)太陽(yáng)系的撞擊動(dòng)力學(xué)。
由中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）、澳大利亞科廷大學(xué)和國(guó)立大學(xué)、布朗大學(xué)、曼徹斯特大學(xué)、山東省地質(zhì)科學(xué)研究院、瑞典自然歷史博物館、諾特丹大學(xué)的學(xué)者組成的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)，對(duì)嫦娥五號(hào)月壤中的玻璃珠開(kāi)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(hào)撞擊玻璃球粒準(zhǔn)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(yīng)小于150千米。通過(guò)與撞擊坑頻率年齡對(duì)比，初步確定了產(chǎn)生嫦娥五號(hào)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(yáng)系撞擊體遷移的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，表明月球撞擊通量變化可能與小行星帶動(dòng)力學(xué)過(guò)程有關(guān)。
國(guó)家航天局介紹，該研究工作首次獲得了嫦娥五號(hào)月壤中的多組撞擊玻璃球粒年齡，并與著陸區(qū)撞擊坑關(guān)聯(lián)，證實(shí)了月球20億年以來(lái)撞擊頻率隨著時(shí)間而變化。這意味著地球歷史上經(jīng)歷過(guò)撞擊頻率高于平均水平的時(shí)期，為地月系統(tǒng)撞擊歷史研究提供新的方向。
發(fā)現(xiàn)高含量太陽(yáng)風(fēng)成因水
相比于美國(guó)阿波羅和蘇聯(lián)月球號(hào)在月球低緯度采集月球樣品，嫦娥五號(hào)所采集的中緯度月球樣品，為探究月表水含量和保存機(jī)制提供了全新的窗口。
中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所研究團(tuán)隊(duì)對(duì)嫦娥五號(hào)月壤中的輝石、橄欖石和斜長(zhǎng)石礦物開(kāi)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(hào)礦物表層中存在大量的太陽(yáng)風(fēng)成因水，估算出太陽(yáng)風(fēng)質(zhì)子注入為嫦娥五號(hào)月壤貢獻(xiàn)的水含量至少為170ppm（即100萬(wàn)分之170）。結(jié)合透射電鏡與能譜分析，揭示了太陽(yáng)風(fēng)成因水的形成和保存主要受礦物的暴露時(shí)間、晶體結(jié)構(gòu)和成分等影響。
“此工作證實(shí)了月表礦物是水的重要‘儲(chǔ)庫(kù)’，為月表中緯度地區(qū)水的分布提供了重要參考。”國(guó)家航天局表示。
發(fā)現(xiàn)月壤成分和新礦物
科學(xué)家很好奇，嫦娥五號(hào)月球樣品是否可以代表著落區(qū)玄武巖的平均化學(xué)成分？這些月壤中，是否有我們還未發(fā)現(xiàn)過(guò)的新物質(zhì)？
中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)月壤樣品建立一種新的分析技術(shù)，在最低2毫克樣品極低損耗量情況下，同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)定了月壤中48種主量和微量元素含量。通過(guò)多次分析研究表明，嫦娥五號(hào)鏟取的月壤很均勻，可以代表著落區(qū)玄武巖的平均化學(xué)成分。而且，通過(guò)與美國(guó)和蘇聯(lián)的月球樣品的對(duì)比，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)嫦娥五號(hào)樣品在化學(xué)成分上富鐵、中鈦、富釷。此外，鎳含量遠(yuǎn)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)加入月壤中。
除了揭曉月壤成分特征，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)了一種從未見(jiàn)過(guò)的全新礦物質(zhì)——“嫦娥石”。
核工業(yè)北京地質(zhì)研究院通過(guò)對(duì)嫦娥五號(hào)月球樣品進(jìn)行詳細(xì)研究，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(guó)成為世界上第三個(gè)在月球發(fā)現(xiàn)新礦物的國(guó)家。
國(guó)家航天局指出，這項(xiàng)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(xué)研究提供了新的科學(xué)數(shù)據(jù)，具有重大科學(xué)意義。而且，通過(guò)對(duì)“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(guó)家航天局介紹，除上述代表性成果外，嫦娥五號(hào)月球樣品相關(guān)研究已有50多項(xiàng)成果在國(guó)內(nèi)外重要學(xué)術(shù)期刊發(fā)表，推動(dòng)我國(guó)月球科學(xué)研究進(jìn)入國(guó)際前沿。
（本報(bào)北京1月17日電 本報(bào)記者 陳海波）
標(biāo)簽： 國(guó)家航天局 玄武巖的 化學(xué)成分 月球火山 中國(guó)科學(xué)院
