中國(guó)嫦娥六號(hào)月球采樣返回任務(wù)公布的首批4項(xiàng)研究成果，以封面形式發(fā)表在近日出版的國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》上。中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員吳福元表示，這一系列研究成果揭示了月球南極 - 艾特肯盆地的演化歷史，嫦娥六號(hào)樣品的返回和研究也創(chuàng)造了月球探測(cè)的新歷史。那么，嫦娥六號(hào)從月球背面帶回的樣品有哪些重磅發(fā)現(xiàn)？它對(duì)于未來人類探月工程有何助益和啟示？

研究月背破解“二分性”之謎

由于地球引潮力的作用，月球繞地球運(yùn)行時(shí)，始終只有正面朝向地球。直到1959年10月，蘇聯(lián)的月球3號(hào)探測(cè)器拍攝到月球背面影像，對(duì)月球背面的研究才正式開始。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，月球背面與正面樣貌差異巨大，背面布滿撞擊坑，幾乎沒有正面那樣明暗錯(cuò)落的圖案。月海在月球正面覆蓋率超30%，而在背面僅有1%。隨著探月任務(wù)推進(jìn)，人們還發(fā)現(xiàn)月球正背面在成分、月殼厚度、巖漿活動(dòng)等方面也存在顯著差異，引發(fā)諸多疑問。比如，為何月海多分布在朝向地球的一面？為何月球背面南極 - 艾特肯盆地月殼薄，火山活動(dòng)卻不如正面風(fēng)暴洋活躍？形成該盆地的撞擊對(duì)月球演化有何作用？“巖漿洋”理論是否適用于月球背面？月球背面地質(zhì)活動(dòng)何時(shí)結(jié)束？這些問題都與月球“二分性”（指月球正背面的差異性）的形成機(jī)制有關(guān)，而該機(jī)制一直懸而未決，是認(rèn)識(shí)月球形成和發(fā)展過程需要解答的問題。

研究月球形成和發(fā)展過程意義重大。月球陪伴地球幾十億年，了解它有助于了解地球自身，因?yàn)榈厍蛟缙趲r石記錄可能因板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和風(fēng)化侵蝕而不準(zhǔn)確。通過研究月球地質(zhì)演化，還能推導(dǎo)類地行星的演化發(fā)展，對(duì)行星科學(xué)研究有重要意義。

過去，科學(xué)家對(duì)月球的探測(cè)和著陸考察主要集中在正面，對(duì)背面的認(rèn)識(shí)多基于遙感研究。20世紀(jì)60年代，蘇美先后發(fā)射繞月探測(cè)器進(jìn)行遙感測(cè)繪。中國(guó)探月工程實(shí)施以來，歷次嫦娥任務(wù)也在繞月飛行中對(duì)月球表面進(jìn)行測(cè)繪。2022年，中國(guó)科學(xué)院發(fā)布世界首幅1∶250萬月球全月地質(zhì)圖，精度是此前的2倍，能系統(tǒng)提供月殼表面綜合地質(zhì)信息，反映月球演化過程。

但遙感探測(cè)不如采集月面樣品送回地球分析精確全面。2024年6月2日，嫦娥六號(hào)在月球背面的阿波羅盆地著陸，完成月面采樣任務(wù)，6月25日攜帶1935.3克月壤樣品返回內(nèi)蒙古四子王旗著陸場(chǎng)，首次實(shí)現(xiàn)從月球背面采樣并帶回地球。

阿波羅盆地是古老環(huán)形山，部分表面被熔巖掩蓋，有眾多小撞擊坑和微型月海。它位于月球最大、最深、最古老的南極 - 艾特肯盆地中，該盆地直徑2500公里，形成于約42億年前的巨大撞擊。從這里采集月壤、月巖樣本，能獲取月球演化史和內(nèi)部信息，為破解月球“二分性”之謎提供線索。

首批4項(xiàng)成果均具“首創(chuàng)性”

中國(guó)科學(xué)家通過嫦娥六號(hào)樣品取得多個(gè)關(guān)鍵進(jìn)展，下面解讀在《自然》期刊發(fā)表的首批4項(xiàng)首創(chuàng)性成果。

首次揭示月背火山活動(dòng)的年代

研究團(tuán)隊(duì)從嫦娥六號(hào)月壤中選出108顆玄武巖巖屑，用“離子探針”測(cè)鉛同位素豐度，通過鈾 - 鉛衰變規(guī)律反演其成巖年代。玄武巖能真實(shí)反映月球火山活動(dòng)情況。研究發(fā)現(xiàn)，107顆巖屑成巖年齡一致，可能源于同一期次玄武巖噴發(fā)，時(shí)代為28億年前，另有1顆高鋁玄武巖巖屑噴發(fā)時(shí)代可追溯到42億年前。兩期玄武巖數(shù)據(jù)表明，月球背面火山活動(dòng)至少持續(xù)了14億年。此前從月球正面采集的玄武巖樣品中，沒有28億年前的記錄，該成果填補(bǔ)了月球研究的年代空白。

此外，出發(fā)前科學(xué)家用“數(shù)坑定年法”估計(jì)著陸區(qū)年齡為30.7億至24億年，樣品測(cè)定的28億年與之相符，說明從月球正面建立的年代估算方法適用于背面，同位素精確定年還能完善撞擊坑統(tǒng)計(jì)模型。

首次獲得月背古磁場(chǎng)信息

地球液態(tài)外核流動(dòng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，保護(hù)地球環(huán)境。月球也曾有類似磁場(chǎng)發(fā)電機(jī)，但現(xiàn)已消失。了解月球磁場(chǎng)發(fā)電機(jī)演化過程，對(duì)揭示月球深層內(nèi)部結(jié)構(gòu)、熱歷史和表面環(huán)境至關(guān)重要。

此前對(duì)月球正面樣品的研究已確定月球磁場(chǎng)總體變化。研究顯示，月球在42億年至35億年前磁場(chǎng)活躍，強(qiáng)度可達(dá)幾十微特斯拉，約31億年前下降，之后維持在幾微特斯拉，15億年至10億年前磁場(chǎng)強(qiáng)度再次下降直至消失。

嫦娥六號(hào)帶回的約28億年前的月球背面玄武巖，填補(bǔ)了月球磁場(chǎng)發(fā)電機(jī)演化的關(guān)鍵時(shí)空空白。研究團(tuán)隊(duì)對(duì)4顆玄武巖樣品的磁學(xué)研究表明，樣品記錄的古磁場(chǎng)強(qiáng)度為5微特斯拉至21微特斯拉，說明月球磁場(chǎng)在31億年前急劇下降后，在28億年前有反彈，可能是能量來源改變或驅(qū)動(dòng)機(jī)制再次激活。

首次得知月背月幔的水含量

月球內(nèi)部水含量對(duì)揭示月球起源和熱化學(xué)演化過程很重要。目前普遍認(rèn)為，太陽(yáng)系早期“忒伊亞”撞擊原始地球形成月球，撞擊中月球水分揮發(fā)殆盡。但近20年來，月幔富水還是貧水一直存在爭(zhēng)議。

嫦娥六號(hào)帶回的樣品為認(rèn)識(shí)月幔水的時(shí)空演化提供了機(jī)會(huì)。研究團(tuán)隊(duì)通過測(cè)定玄武巖中磷灰石和熔融包裹體的水含量、氫同位素組成，估測(cè)嫦娥六號(hào)玄武巖月幔源區(qū)水含量?jī)H為1 - 1.5微克/克，是已報(bào)道數(shù)據(jù)中的最低值，表明背面月幔比正面更“干燥”，月球內(nèi)部水分布也呈現(xiàn)“二分性”。若整個(gè)月球背面幔層都如此，那么月球整體水含量過去可能被高估。該成果為大碰撞起源假說及月球后續(xù)演化提供了關(guān)鍵參考。

首次發(fā)現(xiàn)月背玄武巖來自超虧損源區(qū)

研究團(tuán)隊(duì)對(duì)16顆嫦娥六號(hào)玄武巖巖屑中較大的4顆分析后發(fā)現(xiàn)，這些玄武巖樣品來自極度虧損的源區(qū)?！疤潛p”指缺乏鉀、磷、稀土元素等“不相容”元素，這些元素難以進(jìn)入造巖礦物晶體結(jié)構(gòu)。

研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，月背樣品極度虧損可能有兩個(gè)原因。一是“先天虧損”，根據(jù)“巖漿洋”理論，月球初期巖漿洋冷卻結(jié)晶時(shí)，致密礦物形成月幔，較輕礦物形成月殼，“不相容”元素最后結(jié)晶，嫦娥六號(hào)玄武巖可能來自早期深部未受擾動(dòng)的月幔，必然超虧損。二是“熔體抽取”，南極 - 艾特肯盆地撞擊引發(fā)火山活動(dòng)，大量巖漿噴出使剩余月幔極度虧損。無論哪種原因，嫦娥六號(hào)著陸區(qū)的超虧損地幔為早期月殼 - 月幔分異提供了觀測(cè)窗口。

為創(chuàng)建“中國(guó)的月球研究學(xué)派”而努力

嫦娥六號(hào)月球采樣首批4項(xiàng)研究成果公布后，中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)收到國(guó)際同行祝賀。英國(guó)教授馬赫什·阿南德表示，嫦娥六號(hào)樣本揭示了許多新東西，迫使人們重新思索過去關(guān)于月球的理論。

嫦娥六號(hào)的成功是科學(xué)與工程深度融合的范例?？茖W(xué)發(fā)現(xiàn)依賴工程技術(shù)實(shí)踐，科學(xué)研究又指導(dǎo)工程實(shí)施。對(duì)月球背面樣品研究的多項(xiàng)首創(chuàng)性突破，得益于中國(guó)航天的發(fā)展。嫦娥六號(hào)完成人類首次從月球背面采樣返回任務(wù)，使我國(guó)躋身深空探測(cè)前沿，獲得揭示月球早期演化奧秘的資源，為重構(gòu)地月系統(tǒng)形成機(jī)制提供關(guān)鍵證據(jù)。

嫦娥六號(hào)月壤樣品研究成果不止這4項(xiàng)。早在發(fā)射前一年，中科院地質(zhì)地球所就梳理出20多個(gè)關(guān)鍵研究問題。收到樣品16天后，首批成果已完成并投稿。

此前，只有美、蘇從月球正面采樣，且只覆蓋40億年至30億年前。嫦娥五號(hào)帶回20億歲月球火山巖，嫦娥六號(hào)背面樣品最古老物質(zhì)可追溯到42億年前，從時(shí)空兩方面填補(bǔ)了月球演化史空白。

不過，嫦娥六號(hào)僅揭開月球奧秘一角，實(shí)現(xiàn)月球演化歷史認(rèn)知突破仍任重道遠(yuǎn)。要走好這條路，需技術(shù)突破，利用我國(guó)在儀器載荷等方面的技術(shù)積累。同時(shí)，應(yīng)聚焦關(guān)鍵核心問題，走出自主道路，創(chuàng)建“中國(guó)的月球研究學(xué)派”，形成自己的思路與特色。

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