■記者 許琦敏

　　昨天下午，國際頂尖學術期刊《自然》同時在線發(fā)表了三篇來自中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所的研究成果。研究證明，嫦娥五號月球樣品為一類新的月海玄武巖，填補了美國和蘇聯(lián)月球采樣任務的“空白”。

　　圍繞嫦娥五號月球樣品年齡、源區(qū)性質(zhì)和水含量三個科學問題，研究團隊發(fā)現(xiàn)，就在20億年前，月球還“活著”，噴發(fā)過滾燙的巖漿，比此前預計的28億至30億年推遲了8億至10億年。

　　然而，與科學家此前猜測不同，研究發(fā)現(xiàn)，月幔中既沒有放射性生熱元素，也沒有大量水的存在，由此提出行星科學全新重大課題——既然月幔“干”而不“熱”，究竟是什么使月球“活”到了至少20億年前？

　　以小時計速

　　7天完成月壤分析

　　2020年12月17日，嫦娥五號返回艙成功著陸在我國內(nèi)蒙古四子王旗，帶回了1731克月球樣品。這是我國首次完成地外天體樣品采集，也是時隔44年，人類再次從月球采回樣品。

　　2021年7月12日，第一批嫦娥五號月球科研樣品正式發(fā)放。當天下午，接到樣品的中科院科學家立即投入實驗，僅用20多個小時就完成了樣品的初步鑒定和分選，7天內(nèi)完成樣品的年齡、礦物、元素和同位素分析，16天完成樣品年代學以及月幔地球化學特征和水含量研究論文，并投稿到《自然》編輯部——三篇論文在線發(fā)表總共只用100天，創(chuàng)造了月壤研究“中國速度”。

　　“在月球樣品到來前，我們已把所有的技術環(huán)節(jié)都演練過了。”中科院地質(zhì)地球所嫦娥五號樣品研究組骨干楊蔚研究員說，研究組48名科研人員平均年齡僅39歲，幾乎從未接觸過月球研究，但每個人都各盡所能，不眠不休地展開研究。

　　從樣品中選取需要的巖石碎片（也叫巖屑），是研究人員遇到的第一關�！斑@些碎片與地球巖石差別較大，我們第一次在顯微鏡下挑選時，也不太確定�！睏钗嫡f，他們把部分碎片放在電鏡下鑒定之后，再去樣品中挑選。

　　由于“選材”精準，在分到的3克樣品中，他們只損耗了150毫克，剩余的已歸還給中科院探月工程地面應用中心，供別的研究團隊研究。

　　就在這100天里，中國科學家獲得了嫦娥五號著陸區(qū)巖漿年齡、源區(qū)性質(zhì)的最新發(fā)現(xiàn)，刷新了人類對于月球的認識。

　　精確測定

　　20億年前月球還“活著”

　　嫦娥五號的著陸點位于風暴洋西北處呂姆克山附近，那里有月球最年輕的月海玄武巖，也遠離美國“阿波羅”和蘇聯(lián)“月球號”采樣點。

　　行星是有“生命”的，其標志就是巖漿活動，一旦巖漿活動停止，就意味著行星“死亡”。來自美國、蘇聯(lián)的月球樣本和地球上月球隕石的研究已證實，月球上的巖漿活動至少持續(xù)到大約28億至30億年前，古老的巖漿噴發(fā)活動留下的黑色玄武巖形成了所見的“月海”。但是，對于月球巖漿活動停止的確切時間，科學界一直存在爭議。尤其是嫦娥五號采集帶回的月海玄武巖，科學家預測其年齡在距今10億年至30億年間。

　　中科院地質(zhì)地球所嫦娥五號樣品研究組負責人、中科院院士李獻華介紹，過去，科學家以統(tǒng)計撞擊坑數(shù)量來大致判定巖石年齡——被小天體撞出的坑越多，巖石就越古老�？烧嬉�精確定年，還需要高分辨率的礦物分析設備。“這些巖屑含鐵高、含鎂低，結構各不相同，但都來自于同一次玄武巖噴發(fā)事件。”李獻華說，在觀察了100多個巖屑后，他們從中挑選了50多個具有代表性的樣本。樣品巖屑90%以上只有3至5微米大小，得益于地質(zhì)地球所耗費十多年發(fā)展起來的、測定精度高達3微米的超高空間分辨率鈾—鉛定年技術，研究團隊順利確定出玄武巖形成年齡為20.30±0.04億年，證實月球最“年輕”玄武巖年齡為20億年。

　　這說明，月球直到20億年前仍存在巖漿活動，比以往月球樣品限定的巖漿活動停止時間延長了約8億年。這一年代的精確測定數(shù)據(jù)，還為撞擊坑統(tǒng)計定年曲線提供了關鍵錨點，將大幅提高內(nèi)太陽系星體表面的撞擊坑統(tǒng)計定年精度。

　　新課題浮現(xiàn)

　　月球何以維持長時間巖漿活動

　　那么，月球這8億年的“壽命”是如何維持延續(xù)的呢？月球最晚期巖漿活動的成因一直是行星科學的未解之謎。目前，科學家認為存在兩種可能解釋：其一是月球巖漿源區(qū)富含生熱元素以提供熱源，其二是該區(qū)域富含水以降低熔點。

　　圍繞這兩種可能性，地質(zhì)地球所與國家天文臺團隊對嫦娥五號月球樣品中的玄武巖巖屑進行了年代學和巖石地球化學研究，結果令他們大為意外。

　　利用地質(zhì)地球所研發(fā)的超高空間分辨率同位素分析技術，研究團隊發(fā)現(xiàn)，嫦娥五號玄武巖初始熔融時并沒有卷入富集鉀、稀土元素、磷的“克里普物質(zhì)”——這幾種元素在地球化學上被稱為“不相容元素”，意為不容易進入到固體中。

　　也就是說，嫦娥五號樣品富集克里普物質(zhì)的特征是在巖漿后期形成的，排除其月幔源區(qū)富含放射性生熱元素的主流假說，揭示了月球晚期巖漿活動過程。

　　而且，他們還發(fā)現(xiàn)，嫦娥五號玄武巖的巖漿源區(qū)并不富含水，其月幔源區(qū)每克巖石的水含量僅為1至5微克，可以說月幔非�！案伞��？蒲腥藛T指出，這一發(fā)現(xiàn)也排除了月幔初始熔融時因水含量高而具有低熔點，從而導致該區(qū)域長時間存在巖漿活動的猜想。

　　既然此前猜測的兩種可能性都不存在，“這就需要科學家通過更多研究，去給出月球演化的新解釋”。李獻華說，嫦娥五號樣品研究的第一批成果，恰恰推開了一扇新的科學之門。

　　續(xù)寫新篇

　　“嫦娥”將補全月球演化歷史

　　通過嫦娥五號月球樣品的研究，人類終于對月球“死亡”前的歷史，有了更加清晰的認識。然而，月球最初是怎樣形成的，至今還是一個謎團。

　　在中科院院士歐陽自遠看來，補全這一頭一尾兩段月球演化史，中國科學家將會作出獨到的貢獻。

　　他透露，在“嫦娥工程”后續(xù)任務安排中，有望飛到月球背面最古老的巖層那里去，并將采樣帶回地球。 “嫦娥四號在月球背面著陸，僅在月面進行探測，并未帶回樣品，嫦娥六號將可能實現(xiàn)這個愿望�！�

　　據(jù)悉，中國科學院正在積極推動月球樣本研究的國際合作，目前與法國科研中心在月球樣本合作研究方面已達成初步共識。