月幕“干”而非“热” 为什么月球“延寿”8亿年？

昨天下午，国际顶级学术期刊《自然》同时在线发表了中国科学院地质与地球物理研究所的三项研究成果。实践证明，嫦娥五号月球样品是一种新型的月球玄武岩，填补了美苏月球采样任务的“空白”。

围绕嫦娥五号月球样品的年龄、源区性质和含水量三个科学问题，研究团队发现，就在20亿年前，月球还“活着”，热岩浆喷发，比此前估计的28亿到30亿年晚了8亿到10亿年。

然而，与科学家此前的猜测不同，研究发现月球地幔中既没有放射性发热元素，也没有大量的水，这就提出了行星科学的一个新的重大课题————。既然月球地幔是“干”的而不是“热”的，那么是什么让月球在至少20亿年前“活”了呢？

每小时的速度。

7天内完成月壤分析。

2020年12月17日，嫦娥五号返回舱在中国内蒙古四子王旗成功着陆，带回月球样品1731克。这是中国首次完成地外天体采集，也是44年后人类再次从月球采集样本。

2021年7月12日，嫦娥五号月球首批科研样品正式发布。当天下午，收到样品的中科院科学家立即投入实验，仅用20多个小时就完成了样品的初步鉴定和分选，7天就完成了样品的年龄、矿物、元素和同位素分析，16天就完成了样品年代学、月球地幔地球化学特征和含水量等方面的研究论文，并提交给《自然》编辑部，仅100天就在网上发表了——篇论文，创造了月球土壤研究的“中国速度”。

"在月球样品到达之前，我们已经练习了所有的技术环节."中国科学院地质与地球研究所嫦娥五号样品研究组骨干杨伟研究员说，研究组48名研究人员平均年龄只有39岁，几乎从未接触过月球研究，但每个人都尽了最大努力，不知疲倦地工作。

从样本中选择所需的岩石碎片(也称为岩屑)是研究人员遇到的第一步。“这些碎片与地球上的岩石有很大不同，我们最初在显微镜下选择它们时并不确定。”杨伟说，他们在电子显微镜下鉴定了一些片段，然后从样本中挑选出来。

由于“选料”精准，3克样品只损失了150毫克，剩下的被送回中国科学院探月工程地面应用中心，供其他研究团队研究。

在这100天里，中国科学家获得了嫦娥五号着陆区岩浆年龄和源区性质的最新发现，刷新了人类对月球的认识。

精确测定

月球在20亿年前还“活着”。

嫦娥五号的着陆点位于风暴洋西北部的卢克山附近，那里有月球上最年轻的月海玄武岩，距离美国阿波罗和苏联月神的采样点也很远。

行星有“生命”，以岩浆活动为标志。一旦岩浆活动停止，就意味着行星“死亡”。对美国和苏联的月球样品以及地球上的月球陨石的研究证实，月球上的岩浆活动至少持续了28亿至30亿年前，古代岩浆喷发留下的黑色玄武岩形成了“月海”。然而，关于月球岩浆活动停止的确切时间，科学界一直存在争议。特别是嫦娥五号带回的月海玄武岩，科学家预测在10亿到30亿年前。

中国科学院地质与地球研究所嫦娥五号样品研究组组长、中国科学院院士李介绍，过去，科学家通过计算撞击坑的数量来粗略判断岩石的年龄。如果你真的想精确测定日期，你需要高分辨率的矿物分析设备。“这些岩屑含有高铁和低镁，结构不同，但都来自同一个玄武岩喷发事件。”李说，在观察了100多个岩屑后，他们选择了50多个有代表性的样本。90%以上的样本钻屑尺寸只有3到5微米。得益于地质地球10多年发展起来的超高海拔分辨率铀铅测年技术，研究团队成功确定玄武岩的形成年龄为20.30亿年0.4亿年，确认月球上最年轻的玄武岩为20亿年。

这说明岩浆活动直到20亿年前还存在于月球上，比以往月球样品限制的岩浆活动停止时间长了约8亿年。这个时代精确的测量数据也为陨石坑的统计定年曲线提供了一个关键的锚点，这将大大提高内太阳系恒星表面陨石坑的统计定年精度。

新的话题出现了。

为什么月球长期保持岩浆活动？

那么，月球8亿年的“生命”是如何持续的呢？月球晚期岩浆活动的起源一直是行星科学中未解之谜。目前科学家认为有两种可能的解释：一种是月球岩浆源区富含发热元素提供热源，另一种是该区域富含水降低熔点。

围绕这两种可能性，地质地球研究所和国家天文台团队对嫦娥五号月球样品中的玄武岩岩屑进行了年代学和地球化学研究，这让他们大为惊讶。

利用地质地球公司开发的超高海拔分辨率同位素分析技术，研究团队发现嫦娥五号玄武岩的初始熔融不涉及富含钾、稀土元素和磷的克里普克物质——。这些元素在地球化学中被称为“不相容元素”，意味着不容易进入固体。

也就是说，嫦娥五号样品中克里普克物质的富集形成于岩浆晚期，排除了月球地幔源区富含放射性发热元素的主流假说，揭示了月球晚期的岩浆活动过程。

而且，他们还发现嫦娥五号玄武岩的岩浆源区并不富水，其月球地幔源区每克岩石的含水量只有1-5微克，可以说月球地幔非常“干燥”。研究人员指出，这一发现也排除了月球地幔由于在初始熔融时含水量较高而导致熔点较低，从而导致该地区长期存在岩浆活动的猜想。

由于之前推测的两种可能性都不存在，“这就需要科学家通过更多的研究，对月球的演化给出新的解释”。李说，嫦娥五号样品研究的第一批成果刚刚打开了一扇新的科学之门。

续写新篇

“嫦娥”将补全月球演化历史

通过嫦娥五号月球样品的研究，人类终于对月球“死亡”前的历史，有了更加清晰的认识。然而，月球最初是怎样形成的，至今还是一个谜团。

在中科院院士欧阳自远看来，补全这一头一尾两段月球演化史，中国科学家将会作出独到的贡献。

他透露，在“嫦娥工程”后续任务安排中，有望飞到月球背面最古老的岩层那里去，并将采样带回地球。 “嫦娥四号在月球背面着陆，仅在月面进行探测，并未带回样品，嫦娥六号将可能实现这个愿望。”

据悉，中国科学院正在积极推动月球样本研究的国际合作，目前与法国科研中心在月球样本合作研究方面已达成初步共识。