■記者 許琦敏

　　昨天下午，國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》同時在線發(fā)表了三篇來自中國科學(xué)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(bǔ)了美國和蘇聯(lián)月球采樣任務(wù)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(xué)問題，研究團(tuán)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(yù)計的28億至30億年推遲了8億至10億年。

　　然而，與科學(xué)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(xué)全新重大課題——既然月�！案伞倍�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(dāng)天下午，接到樣品的中科院科學(xué)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(xué)以及月幔地球化學(xué)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(shù)環(huán)節(jié)都演練過了�！敝锌圃旱刭|(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(guān)。“這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。”楊蔚說，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(zhǔn)，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(yīng)用中心，供別的研究團(tuán)隊研究。

　　就在這100天里，中國科學(xué)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(rèn)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(fēng)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(yuǎn)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(biāo)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(xué)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(xué)家預(yù)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(fù)責(zé)人、中科院院士李獻(xiàn)華介紹，過去，科學(xué)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(shè)備�！斑@些巖屑含鐵高、含鎂低，結(jié)構(gòu)各不相同，但都來自于同一次玄武巖噴發(fā)事件。”李獻(xiàn)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(dá)3微米的超高空間分辨率鈾—鉛定年技術(shù)，研究團(tuán)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(guān)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(xué)的未解之謎。目前，科學(xué)家認(rèn)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(tuán)隊對嫦娥五號月球樣品中的玄武巖巖屑進(jìn)行了年代學(xué)和巖石地球化學(xué)研究，結(jié)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(shù)，研究團(tuán)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(xué)上被稱為“不相容元素”，意為不容易進(jìn)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(dǎo)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(xué)家通過更多研究，去給出月球演化的新解釋”。李獻(xiàn)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(xué)之門。

　　續(xù)寫新篇

　　“嫦娥”將補(bǔ)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(rèn)識。然而，月球最初是怎樣形成的，至今還是一個謎團(tuán)。

　　在中科院院士歐陽自遠(yuǎn)看來，補(bǔ)全這一頭一尾兩段月球演化史，中國科學(xué)家將會作出獨到的貢獻(xiàn)。

　　他透露，在“嫦娥工程”后續(xù)任務(wù)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(jìn)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(xué)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(dá)成初步共識。