揭示火山成因之謎、發(fā)現(xiàn)新礦物……嫦娥五號(hào)發(fā)現(xiàn)了這些月球的奧秘

揭示月球年輕火山成因之謎、發(fā)現(xiàn)高含量的太陽(yáng)風(fēng)成因水、發(fā)現(xiàn)新礦物……嫦娥五號(hào)帶回的1731克月球樣品，正不斷迎來(lái)新發(fā)現(xiàn)。

1月16日，第一屆嫦娥五號(hào)月球樣品研究成果研討會(huì)在北京成功舉辦。會(huì)上，來(lái)自國(guó)家航天局、中科院等單位的專家及科研人員，圍繞嫦娥五號(hào)月壤樣品基本特性、月球火山活動(dòng)歷史及年輕火山活動(dòng)成因、月球水和揮發(fā)分的含量與來(lái)源等主題深入研討。

嫦娥五號(hào)月球樣品首批研究成果于2021年10月發(fā)布，在著陸區(qū)火山活動(dòng)時(shí)代、源區(qū)性質(zhì)等方面獲得顛覆性認(rèn)識(shí)，相關(guān)工作在《科學(xué)》和《自然》共發(fā)表四篇論文。2022年9月，國(guó)家航天局、國(guó)家原子能機(jī)構(gòu)聯(lián)合發(fā)布中國(guó)科學(xué)家首次在月球上發(fā)現(xiàn)新礦物“嫦娥石”，該礦物是人類在月球上發(fā)現(xiàn)的第六種新礦物，我國(guó)成為世界上第三個(gè)在月球發(fā)現(xiàn)新礦物的國(guó)家。

嫦娥五號(hào)探測(cè)器在月球表面展示國(guó)旗。（國(guó)家航天局供圖）

揭示月球年輕火山成因之謎

2021年，中國(guó)科學(xué)家對(duì)嫦娥五號(hào)玄武巖的研究，證實(shí)月球火山活動(dòng)可以一直持續(xù)到20億年前，不僅刷新了人類對(duì)月球巖漿活動(dòng)和熱演化歷史的認(rèn)知，也提出了新的科學(xué)問(wèn)題：月球火山活動(dòng)為什么持續(xù)如此之久？

針對(duì)這一科學(xué)問(wèn)題，中科院地質(zhì)與地球物理研究所研究團(tuán)隊(duì)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(hào)玄武巖的初始巖漿含有更高鈣和鈦，可能因?yàn)樵磪^(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(diǎn)降低，誘發(fā)年輕火山的形成。

這項(xiàng)工作量化了月球內(nèi)部緩慢冷卻的熱演化過(guò)程，為“月球年輕火山成因”這一重要科學(xué)問(wèn)題提供了全新的解釋。

嫦娥五號(hào)月壤玻璃珠年代學(xué)探討內(nèi)太陽(yáng)系動(dòng)力學(xué)

月壤中含有大量玻璃，撞擊成因玻璃是了解內(nèi)太陽(yáng)系撞擊歷史的重要研究對(duì)象，能夠反映月殼物質(zhì)組成和內(nèi)太陽(yáng)系的撞擊動(dòng)力學(xué)。

中外學(xué)者組成的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)，初步確定了產(chǎn)生嫦娥五號(hào)撞擊玻璃球粒的源撞擊坑，并討論了撞擊玻璃球粒的年齡分布與內(nèi)太陽(yáng)系撞擊體遷移的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，表明月球撞擊通量變化可能與小行星帶動(dòng)力學(xué)過(guò)程有關(guān)。

這項(xiàng)工作首次獲得了嫦娥五號(hào)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(shí)了月球20億年以來(lái)撞擊頻率隨著時(shí)間變化，這意味著地球歷史上經(jīng)歷過(guò)撞擊頻率高于平均水平的時(shí)期，為地月系統(tǒng)撞擊歷史研究提供新的方向。

發(fā)現(xiàn)高含量的太陽(yáng)風(fēng)成因水

相比于阿波羅和月球號(hào)在月球低緯度采樣，嫦娥五號(hào)所采集的中緯度月球樣品，為探究月表水含量和保存機(jī)制提供了全新的窗口。

中科院地球化學(xué)研究所研究團(tuán)隊(duì)對(duì)嫦娥五號(hào)月壤樣品中的輝石、橄欖石和斜長(zhǎng)石礦物開(kāi)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(hào)礦物表層中存在大量的太陽(yáng)風(fēng)成因水。結(jié)合透射電鏡與能譜分析，揭示了太陽(yáng)風(fēng)成因水的形成和保存主要受礦物的暴露時(shí)間、晶體結(jié)構(gòu)和成分等影響。

這項(xiàng)工作證實(shí)了月表礦物是水的重要“儲(chǔ)庫(kù)”，為月表中緯度地區(qū)水的分布提供了重要參考。

“嫦娥石”真實(shí)顆粒CT掃描三維形態(tài)圖（2022年9月）。（中核集團(tuán)核工業(yè)北京地質(zhì)研究院供圖）

發(fā)現(xiàn)新礦物并命名為“嫦娥石”

核工業(yè)北京地質(zhì)研究院通過(guò)對(duì)樣品進(jìn)行詳細(xì)研究，在十四萬(wàn)個(gè)月壤顆粒里找到了一個(gè)可以解結(jié)構(gòu)的嫦娥石顆粒，并用聚焦離子束掃描電鏡把它切割、提取出來(lái)。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)增添了礦物家族、特別是地外礦物新成員，推動(dòng)了礦物學(xué)學(xué)科的發(fā)展，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。

研究表明，嫦娥石形成于不同的環(huán)境和條件，通過(guò)研究其形成條件，可以為分析月球巖漿演化提供線索。這是中國(guó)科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)月球新礦物，不僅體現(xiàn)了中國(guó)現(xiàn)代科技和工程技術(shù)水平，也是中國(guó)人對(duì)人類開(kāi)展月球研究和深空探測(cè)的貢獻(xiàn)。

分析嫦娥五號(hào)樣品月壤成分特征

嫦娥五號(hào)樣品是否可以代表著落區(qū)玄武巖的平均化學(xué)成分？中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)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(shí)準(zhǔn)確測(cè)定了月壤中48種主量和微量元素含量。研究團(tuán)隊(duì)對(duì)兩批次的鏟取月壤進(jìn)行了七次抽樣分析，結(jié)果高度一致，與嫦娥五號(hào)任務(wù)遙感數(shù)據(jù)也一致，表明鏟取月壤很均勻，可以代表著落區(qū)玄武巖的平均化學(xué)成分。

嫦娥五號(hào)著陸區(qū)位于月球風(fēng)暴洋西北部的月海，但也可能存在月海之外的物質(zhì)。山東大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)利用激光顯微拉曼光譜技術(shù)分析了兩份嫦娥五號(hào)月壤，研究發(fā)現(xiàn)嫦娥五號(hào)月壤的輝石和橄欖石礦物化學(xué)成分范圍基本與嫦娥五號(hào)玄武巖一致，但仍存在少量的富鎂物質(zhì)，推斷嫦娥五號(hào)著陸區(qū)可能包含5%到7%的外來(lái)鎂質(zhì)濺射物，其可能源自遠(yuǎn)離著陸區(qū)的大型撞擊坑挖掘出的月殼物質(zhì)。

除上述5項(xiàng)代表性成果外，嫦娥五號(hào)月球樣品發(fā)放以來(lái)，相關(guān)研究已有50多項(xiàng)成果在國(guó)內(nèi)外重要學(xué)術(shù)期刊發(fā)表，推動(dòng)我國(guó)月球科學(xué)研究進(jìn)入國(guó)際前沿。（記者胡喆）