嫦娥五號月壤揭示太陽風(fēng)為月球帶來可利用的水，這張示意圖顯示了來自太陽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)
我們對月球的認(rèn)識，又有了新突破！
記者從日前召開的第一屆嫦娥五號月球樣品研究成果研討會上獲悉，嫦娥五號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)、月球火山活動歷史及年輕火山活動成因、月球水和揮發(fā)分的含量與來源、月球表面隕石撞擊和太空風(fēng)化作用等。
時間回溯到兩年多前。2020年12月17日，嫦娥五號樣品艙成功著陸在我國內(nèi)蒙古四子王旗，帶回1731克月球樣品，這是我國首次完成地外天體樣品采集，也是人類時隔44年后再次帶回新的月球樣品。為了開展科學(xué)研究，我國已五次向國內(nèi)外科研單位分發(fā)共計198份樣品?？茖W(xué)家通過對這些樣品的研究，不斷揭開更多關(guān)于月球的秘密。
揭秘月球年輕火山成因之謎
2021年，我國科學(xué)家通過對嫦娥五號月球樣品中玄武巖的研究，證實月球火山活動可以一直持續(xù)到20億年前。這不僅刷新了人類對月球巖漿活動和熱演化歷史的認(rèn)知，也提出了新的科學(xué)問題——月球火山活動為什么持續(xù)如此之久？
針對這一科學(xué)問題，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究團隊采用新研發(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)模擬計算，恢復(fù)了嫦娥五號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，年輕的嫦娥五號玄武巖的初始巖漿含有更高的鈣和鈦，推測可能因為源區(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)致月幔熔點降低，誘發(fā)年輕火山的形成。
國家航天局認(rèn)為，此研究工作量化了月球內(nèi)部緩慢冷卻的熱演化過程，為“月球年輕火山成因”這一重要科學(xué)問題提供了全新的解釋，將深化我們對月球的起源和演化的認(rèn)識。
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)太陽系撞擊歷史的重要研究對象，能夠反映月殼物質(zhì)組成和內(nèi)太陽系的撞擊動力學(xué)。
由中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所、中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）、澳大利亞科廷大學(xué)和國立大學(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)者組成的國際研究團隊，對嫦娥五號月壤中的玻璃珠開展了系統(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。通過與撞擊坑頻率年齡對比，初步確定了產(chǎn)生嫦娥五號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)太陽系撞擊體遷移的動力學(xué)過程，表明月球撞擊通量變化可能與小行星帶動力學(xué)過程有關(guān)。
國家航天局介紹，該研究工作首次獲得了嫦娥五號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)，證實了月球20億年以來撞擊頻率隨著時間而變化。這意味著地球歷史上經(jīng)歷過撞擊頻率高于平均水平的時期，為地月系統(tǒng)撞擊歷史研究提供新的方向。
發(fā)現(xiàn)高含量太陽風(fēng)成因水
相比于美國阿波羅和蘇聯(lián)月球號在月球低緯度采集月球樣品，嫦娥五號所采集的中緯度月球樣品，為探究月表水含量和保存機制提供了全新的窗口。
中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所研究團隊對嫦娥五號月壤中的輝石、橄欖石和斜長石礦物開展研究，分析了不同礦物中水的成因、含量與賦存狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)嫦娥五號礦物表層中存在大量的太陽風(fēng)成因水，估算出太陽風(fēng)質(zhì)子注入為嫦娥五號月壤貢獻的水含量至少為170ppm（即100萬分之170）。結(jié)合透射電鏡與能譜分析，揭示了太陽風(fēng)成因水的形成和保存主要受礦物的暴露時間、晶體結(jié)構(gòu)和成分等影響。
“此工作證實了月表礦物是水的重要‘儲庫’，為月表中緯度地區(qū)水的分布提供了重要參考。”國家航天局表示。
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)過的新物質(zhì)？
中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）研究團隊針對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，同時準(zhǔn)確測定了月壤中48種主量和微量元素含量。通過多次分析研究表明，嫦娥五號鏟取的月壤很均勻，可以代表著落區(qū)玄武巖的平均化學(xué)成分。而且，通過與美國和蘇聯(lián)的月球樣品的對比，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)嫦娥五號樣品在化學(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)了一種從未見過的全新礦物質(zhì)——“嫦娥石”。
核工業(yè)北京地質(zhì)研究院通過對嫦娥五號月球樣品進行詳細(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，我國成為世界上第三個在月球發(fā)現(xiàn)新礦物的國家。
國家航天局指出，這項發(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，通過對“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)國家航天局介紹，除上述代表性成果外，嫦娥五號月球樣品相關(guān)研究已有50多項成果在國內(nèi)外重要學(xué)術(shù)期刊發(fā)表，推動我國月球科學(xué)研究進入國際前沿。
（本報北京1月17日電 本報記者 陳海波）
標(biāo)簽： 國家航天局 玄武巖的 化學(xué)成分 月球火山 中國科學(xué)院
