嫦娥五号月壤蕴含哪些演化奥秘

近来我国月壤研究成果陆续问世，今年4月官方还公布了将嫦娥五号月壤样品赠送给俄罗斯和法国以供科学研究的消息，这让大家对月球土壤充满了好奇。月壤中究竟隐藏着什么奥秘？研究它有哪些重要意义？对我国探月工程和太空探索又将有何助益？今天我们就来了解这“无价之土”的珍贵之处。 古人云“举头望明月，低头思故乡”，夜深人静之时，凝视月亮总会激起游子的思乡之情。从现代科学的角度来看，月球也是地球的“游子”，约45亿年前，一颗火星大小的星球撞击原始地球，部分撞击溅射出的高温物质重新聚集形成月球，随后月球与地球开启了各自的演化历程。

然而，与地球宜居的表生环境相比，月球堪比炼狱，高真空、强辐射、昼夜温差可达300℃。在月表严苛的环境下，月表岩石发生机械破碎，叠加太阳风、宇宙射线注入以及陨石与微陨石的轰击、翻耕等作用，月表在长达亿年时间内形成了细如粉尘的一层月壤，科学家普遍认为其厚度可达数米至十几米，主要取决于月表下腹岩石的年龄。

月壤的形成过程决定了它不仅包含月球自身的岩石或矿物碎片，还含有少量的撞击体残留物与溅射物，以及这些物质与月表环境相互作用的产物。以嫦娥五号月壤为例，其主要由玄武岩碎屑、角砾岩、胶结物和玻璃珠组成，以及少量的非月海物质（高地岩石碎片）和极少量的非月球物质（陨石碎片）。除了少量是钻孔样品之外，嫦娥五号月壤大部分铲自月球表面。月表由于无大气，太阳风、陨石、微陨石等外动力可以直接与月表物质发生作用，并记录在月壤中，因此，月壤是揭示月表形成过程、太空风化、撞击历史等科学和工程问题的重要窗口。

截至目前，人类共计从月球采集并返回了383.7千克月球样品，包括月表岩石、铲取月壤和钻孔样品，其中美国阿波罗载人登月任务从月球正面的6个低纬度地区取回了381.7千克月球样品，苏联的月球号任务取回了约300克月壤样品，我国嫦娥五号任务共取回了1731克月壤样品。

基于美国阿波罗和苏联月球号返回样品的研究，科学家提出了月球形成和演化的框架，例如“大碰撞起源假说”“岩浆洋假说”“晚期重型轰击假说”等，这些返回样品的研究刷新了人类对月球起源和演化的认识，促进了行星科学的建立与发展，拓展了人类对太阳系起源和演化诸多基础科学问题的认知边界，也增强了人类迈入更远深空的信心。

2020年12月17日是个值得铭记的日子，我国嫦娥五号探测器携带1731克月壤成功返回地球。这是44年来人类再次实现从月表取样返回，中国也成为了继美国、苏联之后，第三个成功采集到月壤的国家。这些“土特产”为何珍贵？携带着月球的哪些奥秘？对未来月球探测有何启示？围绕这些问题，我国科学家已经发现了一些线索，并在持续不断地开展深入研究。

嫦娥五号月壤样品采自月球的玄武岩单元，这些玄武岩是月幔形成的岩浆溢流到月表固化而成的岩石，它们记录着月球衰老的密码。所以，嫦娥五号样品返回后，第一个需要研究的问题就是采样区下腹玄武岩的形成年龄。

以往的月球样品研究表明，月球在30亿至28亿年前基本停止了岩浆活动，成为一个地质意义上的“死亡”星球。那么，如何测定月球玄武岩的年龄呢？目前主流的方法是寻找月球玄武岩中一些微细含铀不含铅的矿物，例如斜锆石、钙钛锆石、静海石等，通过分析这些矿物中放射性铀衰变形成的铅同位素组成，就可以计算出玄武岩的年龄。嫦娥五号样品是粉末状的微细月壤，没有大的岩块样品，而适合测定年龄（俗称“定年”）的斜锆石、钙钛锆石、静海石通常小于5微米，甚至不到3微米，对分析技术提出了极其苛刻的要求。

我国科学家为了完成这项定年任务，构建了国际一流微区分析平台，研发了离子探针超高空间分辨率的定年技术，空间分辨率从＞10微米提高到＜3微米。利用这些新技术，我国科学家对嫦娥五号玄武岩岩屑的富铀矿物进行了精确的铅同位素分析，确定嫦娥五号玄武岩形成于20.30±0.04亿年前，嫦娥五号月壤是最年轻的月球样品，这一发现也将月球的“地质寿命”延长了8亿至9亿年，刷新了人类对月球岩浆活动和热演化历史的认知。